JP6444386B2 - Production of fuel and biofertilizer from biomass - Google Patents
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Description
本発明は、CO2を使用して藻類を製造する工程および藍藻類+ジアゾトロフ微生物を他の液化副生成物とともに使用して特殊調製された生物肥料を製造する工程によりCO2および無機物排出量が実質的に減少もしくは排除される統合バイオマス液化方法に関する。本発明は、先行技術を用いて可能であるより効果的な生物肥料調製物ならびに土壌の化学的に活性な炭素および窒素含有量を同時に制御可能に増加させる方法にさらに関する。 The present invention, CO 2 and inorganic emissions by the process for producing the biological fertilizer that is specialized prepared using with other liquefied byproduct step and cyanobacteria + Jiazotorofu microorganism producing algae using CO 2 The present invention relates to an integrated biomass liquefaction process that is substantially reduced or eliminated. The invention further relates to more effective biofertilizer preparations that are possible using the prior art and methods for simultaneously controllably increasing the chemically active carbon and nitrogen content of the soil.
石油コストの増大および将来の不足に関する懸念は、有用な燃料および化学製品を製造するためのバイオマスなどの他の炭素質エネルギー源への関心の高まりをもたらした。バイオマスは、エネルギー自給を保証し、同時に関連する方法の全体的GHGフットプリントを減少させる目的で国内資源を使用するための包括的なエネルギー戦略の重要な構成成分である。そのような材料を、ガソリン、ディーゼル燃料、航空燃料および暖房用オイルを含む液体および気体燃料製品に、ならびに一部の場合には例えば潤滑油、化学薬品および合成肥料などの他の製品に転換させるために様々な方法が提案されてきた。 Concerns about rising oil costs and future shortages have led to increased interest in other carbonaceous energy sources such as biomass to produce useful fuels and chemicals. Biomass is an important component of a comprehensive energy strategy for using domestic resources to ensure energy self-sufficiency and at the same time reduce the overall GHG footprint of related methods. Convert such materials to liquid and gaseous fuel products, including gasoline, diesel fuel, aviation fuel and heating oil, and in some cases to other products such as lubricants, chemicals and synthetic fertilizers Various methods have been proposed for this purpose.
これらの経路の広範囲にわたる使用を阻んできた多数の問題には、従来型技術の相当に低い熱効率ならびに有益な効果を得るために例えばCO2、炭および廃棄無機物などの様々な工程副生成物を使用できないことが含まれる。およそ1:1から約2:1までの水素対炭素(H/C)比を有するバイオマスの全部もしくは選択された部分から炭化水素生成物、例えば2:1よりいくらか高いH/C比を有する燃料などへの転換は、バイオマス中の炭素の半分までがCO2へ転換されて大気中へ排気され、そこで空費されることを生じさせる。さらに、今までは特にバイオマスから有用な製品への転換における廃棄物としてCO2の形態にある大量の温室ガス(GHG)が大気中へ放出されるという事実が、バイオマス液化燃料(BTL)方法が多くは環境上の観点から疑問視されるという問題を引き起こしてきた。 Numerous problems that have prevented the widespread use of these pathways use various process by-products such as CO2, charcoal and waste minerals to obtain the significantly lower thermal efficiency and beneficial effects of the prior art It includes things that cannot be done. A hydrocarbon product from all or a selected portion of the biomass having a hydrogen to carbon (H / C) ratio of approximately 1: 1 to about 2: 1, for example a fuel having a H / C ratio somewhat higher than 2: 1 The conversion to, for example, causes up to half of the carbon in the biomass to be converted to CO 2 and exhausted to the atmosphere where it is wasted. In addition, the fact that a large amount of greenhouse gas (GHG) in the form of CO 2 has been released into the atmosphere as waste in the conversion of biomass to useful products in the past has led to the biomass liquefied fuel (BTL) process. Many have caused problems that are questioned from an environmental point of view.
そこで二酸化炭素を捕獲してそれを地下層へ再投入することにより隔離することによってGHG問題を少なくとも部分的に克服することが提案されてきた。そのような計画は、費用が高額になる、工程エネルギー効率をさらに低下させる、転換施設の近傍のどこかで適切な地下層が利用可能であることを必要とする、後に大気中への二酸化炭素漏出が起こることへの懸念、および二酸化炭素に含まれる炭素含有量のエネルギー潜在力の空費などの短所がある。 There have been proposals to at least partially overcome the GHG problem by sequestering carbon dioxide and sequestering it back into the underground. Such a plan would be costly, further reduce process energy efficiency, require a suitable underground layer available somewhere near the conversion facility, and later into carbon dioxide into the atmosphere There are shortcomings such as concerns about leaks and the waste of energy potential of the carbon content of carbon dioxide.
直接熱分解法はバイオマスなどの炭質材料を液化するために開発されてきたが、これらの方法は価値が限定されるか価値のない炭や無機物などの望ましくない副生成物もまた生成する。さらに、これらの提案された計画はいずれも、経済的および環境的に魅力的にするために必要とされるであろう熱効率、低コストおよび実質的に減少したGHG排出の組み合わせを達成しない。そこで依然として、CO2、炭素および無機副生成物の効率的な使用と結合された、二酸化炭素排出の減少を生じさせる経済的なバイオマス液化燃料転換方法に対する重要なニーズがある。 Although direct pyrolysis methods have been developed to liquefy carbonaceous materials such as biomass, these methods also produce undesirable by-products such as charcoal and minerals with limited or no value. Furthermore, none of these proposed schemes achieve the combination of thermal efficiency, low cost and substantially reduced GHG emissions that would be required to be economically and environmentally attractive. There is still an important need for an economical biomass liquefied fuel conversion process that results in reduced carbon dioxide emissions combined with efficient use of CO2, carbon and inorganic by-products.
本発明の1つの態様によると、例えば高級燃料および化学原料ならびに新規な統合方法の炭素フットプリントを実質的に減少させる、または排除さえする自己再生生物肥料などの両方の液体を製造するため高度に効率的な統合バイオマス液化燃料(IBTL)方法スキームが開発されている。統合工程は、4つの主要な工程:
1− 水素化処理によりバイオマス原料の全部もしくは一部を直接的に液化する工程;
2− 液化工程からのバイオマス残留物および任意選択的にバイオマス原料の一部分を熱分解することにより構造化バイオ炭および水素を製造する工程;
3− 燃料および/または化学原料を製造するために液体をアップグレードする工程;および
4− 藻類をベースとする生物肥料を製造するために工程生成CO2を使用する工程を含んでいる。
In accordance with one aspect of the present invention, highly to produce both liquids such as high-grade fuels and chemical feedstocks and self-regenerative biofertilizers that substantially reduce or even eliminate the carbon footprint of the new integrated method. An efficient integrated biomass liquefied fuel (IBTL) method scheme has been developed. The integration process has four main processes:
1- A step of directly liquefying all or part of the biomass raw material by hydrotreating;
2- producing structured biochar and hydrogen by pyrolyzing biomass residues from the liquefaction process and optionally a portion of the biomass feedstock;
3- upgrading the liquid to produce fuel and / or chemical feedstock; and 4- using the process-generated CO2 to produce algae-based biofertilizer.
本発明の重要な態様によると、熱分解中に製造された構造化バイオ炭は、藻類の製造を促進するための核形成剤として、例えばリン、カリウムおよび他の金属などの無機物を液化の前にバイオマス原料から、または液化の液体生成物から抽出するための吸収剤として、および/または本発明の生物肥料の担体成分として使用される。本発明のまた別の態様によると、熱分解条件は、藻類核形成剤、吸収剤、または製造される生物肥料中の保水剤のいずれかとしての有用性を実質的に最適化する制御された孔径を有するバイオ炭を製造するために制御される。吸収剤として使用されてきたバイオ炭の生物肥料中への組み込みは、例えばリンおよびカリウムなどの有益な無機成分を生物肥料へ加える大きな有益性を有する。他の起源からの追加の有益な成分は、さらに生物肥料の一部として使用されるバイオ炭内に吸収され得る。吸収剤としてのバイオ炭の使用は、水もしくは他の有益な成分が土壌中に大まかに制御された速度で放出され、それにより「徐放性」機能を提供するようにバイオ炭の孔径を制御できるというまた別の長所を有する。 According to an important aspect of the present invention, structured biochar produced during pyrolysis is used as a nucleating agent to promote the production of algae before liquefaction of minerals such as phosphorus, potassium and other metals. As an absorbent for extraction from a biomass feedstock or from a liquefied liquid product and / or as a carrier component of the biofertilizer of the invention. According to yet another aspect of the invention, the pyrolysis conditions are controlled to substantially optimize the utility as either an algal nucleating agent, an absorbent, or a water retention agent in the biofertilizer being produced. Controlled to produce biochar with pore size. The incorporation of biochar, which has been used as an absorbent, into biofertilizers has the great benefit of adding beneficial inorganic components such as phosphorus and potassium to the biofertilizer. Additional beneficial components from other sources can also be absorbed into the biochar used as part of the biofertilizer. The use of biochar as an absorbent controls the pore size of biochar so that water or other beneficial components are released into the soil at a roughly controlled rate, thereby providing a “sustained release” function. It has another advantage of being able to.
バイオマス原料は、種子作物、食用作物製造の副生成物、農業、食品製造、食用油、地方自治体業務からの廃棄物、または他の従来型起源および/または藻類から入手されてよい。水素化処理および/またはアップグレードする工程のために必要とされる水素の全部もしくは一部には、熱分解中に製造される、または別の起源からの水素によって供給することができる。 Biomass raw materials may be obtained from seed crops, by-products of food crop production, agriculture, food production, edible oil, waste from local government operations, or other conventional sources and / or algae. All or part of the hydrogen required for the hydrotreating and / or upgrading process can be produced during pyrolysis or supplied by hydrogen from another source.
工程生成CO2から藻類および特別には藍藻類(シアノバクテリア)への転換は、好ましくは密閉型光バイオリアクター(PBR)内で実施されるが、開放型PBRもまた使用できる。製造された藻類の一部は、バイオマスの一部として使用されてよい。好ましくは、藻類の全部もしくは大部分が本発明の生物肥料を製造するために使用される。 The conversion of process-produced CO 2 to algae and especially cyanobacteria is preferably carried out in a closed photobioreactor (PBR), although open PBR can also be used. Some of the produced algae may be used as part of the biomass. Preferably, all or most of the algae are used to produce the biofertilizer of the present invention.
好ましくは、本発明の生物肥料には、さらにまた、例えば好ましくは藻類製造PBRから別個に製造されるリゾビウム属(Rhizobium)、アゾトバクター属(Azotobacter)およびアゾスピリリウム属(Azospirillum)などの窒素固定および/またはリン酸塩可溶化ジアゾトロフ生物が含まれる。生物肥料中のそのようなジアゾトロフ生物の濃度および組成は、生物肥料を施肥すべき土壌の組成および特定用途のための所望量の窒素固定を提供するためにその中で成長させるべき特定作物に基づいて選択されてよい。 Preferably, the biofertilizer according to the present invention further comprises nitrogen fixation and / or such as, for example, preferably Rhizobium, Azotobacter and Azospirillum, which are preferably produced separately from algae-producing PBR. Phosphate solubilized diazotroph organisms are included. The concentration and composition of such diazotroph organisms in the biofertilizer is based on the composition of the soil to which the biofertilizer is to be fertilized and the particular crop to be grown therein to provide the desired amount of nitrogen fixation for the particular application May be selected.
藻類をベースとする生物肥料、特に藍藻類(シアノバクテリア)の土壌への植菌後には、藻類およびジアゾトロフ微生物は、日光、大気からの窒素およびCO2を使用して自然再生により土壌中で土壌に最初に適用された濃度よりはるかに高い濃度で再増殖し、それにより生活環をベースとする全IBTL工程のCO2フットプリントを実質的に減少させる、または排除さえする、さらに植物成長のための土壌の生産力を実質的に増加させる。 After inoculation of soil with algae-based biological fertilizers, especially cyanobacteria (cyanobacteria), algae and diazotrophs can be regenerated into the soil by natural regeneration using sunlight, nitrogen from the atmosphere and CO2. Soil for further plant growth that regrows at concentrations much higher than the originally applied concentration, thereby substantially reducing or even eliminating the CO2 footprint of the entire life cycle based IBTL process Substantially increase production capacity.
本発明の生物肥料は、それに生物肥料を適用すべき土壌もしくは土壌のタイプ内に、好ましくは既に存在する、または既に存在する細菌に類似するシアノバクテリアを含む一連の微生物から培養された土壌接種菌を含んでいる。生物肥料土壌施肥量は、土壌のタイプおよび土壌含水量に依存して1g/1m2〜25g/1m2超の範囲に及ぶことができる。これは土壌(陸生)炭素隔離への高度のレバレッジ効果を提供し、土壌の生産力を大きく増加させる。BTL工程で製造される1トンのCO2から開始して、本発明の生物肥料の使用は、生活環ベースでは、大気から数十トンのCO2が追加して除去されて処理土壌中への隔離を生じさせることができる。 The biofertilizer of the present invention is a soil inoculum cultivated from a series of microorganisms, including cyanobacteria, preferably in the soil or type of soil to which the biofertilizer is to be applied, preferably already present or similar to already existing bacteria. Is included. Biofertilizer soil fertilization can range from 1 g / 1 m 2 to more than 25 g / 1 m 2 depending on the type of soil and soil water content. This provides a highly leveraged effect on soil (terrestrial) carbon sequestration and greatly increases soil productivity. Starting with 1 ton of CO 2 produced in the BTL process, the use of the biofertilizer of the present invention is based on the life cycle, with the addition of tens of tons of CO 2 removed from the atmosphere into the treated soil. Isolation can occur.
本発明のさらにまた別の態様によると、例えば藻類を製造するための光合成を駆動する十分な利用可能な周囲日光が存在しない曇った日や夜間などの期間中には、本発明のIBTL工程によって製造されるCO2は日光を利用できるようになるまで、例えばCO2を液化するため、または藍藻類を製造するために使用されるPBRの一部であってよい、または隣接する空気袋内に減圧下で貯蔵することによって貯蔵されてよい。または、藻類の生産力を維持するために非日照時間中にPBRの内容物を照明することもまた可能である。 According to yet another aspect of the present invention, the IBTL process of the present invention can be used during periods such as cloudy days and nights when there is not enough available ambient sunlight to drive photosynthesis to produce algae, for example. The CO2 produced may be part of the PBR used to liquefy CO2 or produce cyanobacteria, for example, to liquefy CO2, or under reduced pressure in an adjacent bladder until sunlight is available May be stored by storing in Alternatively, it is also possible to illuminate the contents of the PBR during non-sunshine hours to maintain algal productivity.
その全効率および経済的魅力に実質的に寄与する本発明のIBTL工程およびシステムにおける重要で有益な相乗作用には、熱分解および液化中に製造されるCO2流は高度に濃縮されていて藻類を製造するための理想的な原料である、およびアップグレードする工程において本質的に製造されるNH3は藻類製造工程における重要な栄養素であるという事実が含まれる。微粒状モリブデン触媒が液化工程において使用される場合、モリブデン触媒はインサイチューでリンモリブデン酸(PMA)前駆体から調製することができる。有益にも、リンはPMA触媒前駆体から単離し、藻類製造工程における栄養素として使用できる。さらに藻類の製造において生成される酸素もまた熱分解システムに供給することができる。 An important and beneficial synergy in the IBTL process and system of the present invention that contributes substantially to its overall efficiency and economic attractiveness is that the CO2 stream produced during pyrolysis and liquefaction is highly concentrated to reduce algae. Included is the fact that NH 3 , which is an ideal raw material for production, and is essentially produced in the upgrade process, is an important nutrient in the algae production process. When a finely divided molybdenum catalyst is used in the liquefaction process, the molybdenum catalyst can be prepared in situ from a phosphomolybdic acid (PMA) precursor. Beneficially, phosphorus can be isolated from the PMA catalyst precursor and used as a nutrient in the algae production process. Furthermore, oxygen produced in the production of algae can also be supplied to the pyrolysis system.
有益にも多数の、それ以外では実質的に価値のない反応副生成物、例えば炭および無機物を組み入れている藻類をベースとする生物肥料を製造するための工程生成CO2の使用を最大化することにおける本発明の統合バイオマス液化方法の利点に加えて、そのような調製された生物肥料の自己複製の性質は、本発明の方法の全炭素隔離能力を高度に拡大する極めて大量の追加量の大気中CO2を陸生で隔離する。 Beneficially maximize the use of process-produced CO 2 to produce a large number of other reaction by-products, such as algae-based biofertilizers that incorporate charcoal and minerals In addition to the advantages of the integrated biomass liquefaction method of the present invention, the self-replicating nature of such prepared biofertilizers makes it possible to add very large additional amounts that greatly expand the total carbon sequestration capacity of the method of the present invention. Isolate atmospheric CO 2 by terrestrial.
ここで図面の図1を参照すると、本発明の統合バイオマス液化(IBTL)方法およびシステムであって、バイオマスが液化システム101内で液体に転換され、液化工程からのバイオマス残留物および/または他の炭素含有工程廃棄物ならびに任意選択的に追加のバイオマスが熱分解システム103内で熱分解されて構造化バイオ炭、水素、バイオ油および任意選択的に間接的液化方法、例えばフィッシャー−トロプシュ(Fischer Tropsch)合成もしくはメタノール合成(図示していない)のための合成ガスが製造される好ましい実施形態が例示されている。バイオマス原料は、種子作物、食用作物製造における副生成物、農業、食品製造、食用油、地方自治体業務からの廃棄物または他の従来型起源および/または藻類から入手されてよい。共供給される水もしくは酸素を用いて運転される場合の熱分解システム103、または統合IBTL方法の水素製造システムは、さらに、好ましくは光合成を通して藻類、および特にシアノバクテリア(藍藻類)を製造するための1つ以上の密閉型光バイオリアクター(PBR)を含む藻類製造システム105に供給される大量の濃縮された純粋CO2も生成する。 Referring now to FIG. 1 of the drawings, an integrated biomass liquefaction (IBTL) method and system of the present invention, wherein biomass is converted to a liquid within a liquefaction system 101, and biomass residues from the liquefaction process and / or other Carbon-containing process waste and optionally additional biomass are pyrolyzed in pyrolysis system 103 to produce structured biochar, hydrogen, bio-oil and optionally indirect liquefaction methods such as Fischer Tropsch. A preferred embodiment in which synthesis gas for synthesis or methanol synthesis (not shown) is produced is illustrated. Biomass feedstocks may be obtained from seed crops, by-products in edible crop production, agriculture, food production, edible oil, waste from local government operations or other conventional sources and / or algae. The pyrolysis system 103 when operated with co-supplied water or oxygen, or the hydrogen production system of the integrated IBTL process further preferably produces algae, and in particular cyanobacteria (cyanophyceae) through photosynthesis. A large amount of concentrated pure CO2 fed to an algae production system 105 that includes one or more sealed photobioreactors (PBR).
液化システム101へのバイオマス原料は、(a)好ましくは大部分のH2Oが取り除かれている生バイオマス、(b)生バイオマスから抽出されている、トリグリセリド抽出後に熱分解システム103へ供給されるバイオマス残留物を含むトリグリセリド、または(c)トリグリセリドをトランスエステル化する工程によって製造されている脂肪酸メチルエステルのいずれかであってよい。原料の特異性は、液化工程において所望の炭化水素製造を達成するために必要とされる水素の全化学量論量を決定することになる。 The biomass feedstock to the liquefaction system 101 is: (a) raw biomass from which most of the H2O has been removed, (b) biomass remaining extracted from the raw biomass and fed to the pyrolysis system 103 after triglyceride extraction Or a fatty acid methyl ester produced by the step of transesterifying the triglyceride. The specificity of the feedstock will determine the total stoichiometric amount of hydrogen required to achieve the desired hydrocarbon production in the liquefaction process.
最初に脂質を抽出し、次にその脂質を脂肪酸メチルエステルに転換させることによる液化の前にバイオマス原料の望ましくない成分を除去する工程は、液化方法中のより少ないH2の使用および生成物選択性のより良好な制御を達成する能力を可能にする長所を有する。好ましくは、バイオマス原料中の無機物、例えばカリウム、リンおよび他の金属もまた液化の前に原料から、または例えば熱分解システム103によって製造されるようなバイオ炭床による吸収によって液体生成物からのいずれかで除去される。 Removing the undesired components of the biomass feedstock prior to liquefaction by first extracting the lipid and then converting the lipid to fatty acid methyl ester is less use of H 2 and product selection in the liquefaction process Has the advantage of allowing the ability to achieve better control of sex. Preferably, inorganics in the biomass feedstock, such as potassium, phosphorus and other metals, are also either from the feedstock prior to liquefaction or from the liquid product by absorption, for example by a bio coal bed as produced by the pyrolysis system 103. Removed.
製造された藍藻類は、本発明の生物肥料組成物の主要成分である。好ましくは、窒素固定ジアゾトロフ生物もまた生物肥料組成物の構成成分である。製造された藻類の一部分は、液化システム101および/または熱分解システム103への追加の原料として任意選択的に使用されてもよい。 The produced cyanobacteria are the main components of the biological fertilizer composition of the present invention. Preferably, nitrogen-fixed diazotroph organisms are also a component of the biofertilizer composition. A portion of the produced algae may optionally be used as an additional ingredient to the liquefaction system 101 and / or the pyrolysis system 103.
熱分解システム103内で製造された構造化バイオ炭は、PBRシステム105内で藻類を製造するための核形成部位を提供するために、リン、カリウムおよび他の金属をバイオマス原料または液化システム101内で製造された液体を除去するための吸収剤として、および吸収された無機物およびバイオ炭中の他の吸収された物質が生物肥料に有益な特性を付与するための栄養素として作用する本発明の生物肥料の成分として使用される。構造化バイオ炭とは、例えばバイオ炭内で生成された細孔構造が大まかに制御された細孔の径および長さを有するようにそのマクロおよびミクロ細孔構造の実質的な程度の制御を可能にするマイクロ波熱分解のような方法によって製造されているバイオ炭を意味する。 Structured biochar produced in the pyrolysis system 103 can contain phosphorus, potassium and other metals in the biomass feedstock or liquefaction system 101 to provide a nucleation site for producing algae in the PBR system 105. The organism of the present invention acts as an absorbent for removing liquids produced in and as a nutrient for the absorbed minerals and other absorbed substances in biochar to impart beneficial properties to the biofertilizer Used as a fertilizer component. Structured biochar is, for example, a substantial degree of control of its macro- and micro-pore structure so that the pore structure generated in bio-char has a roughly controlled pore size and length. It means biochar produced by a method such as microwave pyrolysis.
液化システム101内で製造された液体および熱分解システム103からのバイオ油はそれらがその中で高級燃料、例えばガソリン、ディーゼルおよびジェット燃料および/または化学原料を製造するためにアップグレードされる生成物分離およびアップグレーディングシステム107へ供給される。アップグレーディングシステム107は、さらに藻類製造システム105へ栄養素として供給されるNH3もまた製造する。リンは、液化システムがモリブデン触媒の使用を組み込んでいる場合は、PMA触媒前駆体から回収することもできる。任意選択的に、代替法として、追加の天然ガス原料は、液化およびアップグレーディング工程のための追加の水素、および間接的液化のための合成ガスを製造するために水蒸気メタン改質法(SMR)によって反応させられてよい。 Bio-oils from the liquid and pyrolysis system 103 produced in the liquefaction system 101 are product separations in which they are upgraded to produce higher grade fuels such as gasoline, diesel and jet fuel and / or chemical feedstock. And supplied to the upgrading system 107. The upgrading system 107 also produces NH 3 which is also supplied as a nutrient to the algae production system 105. Phosphorus can also be recovered from the PMA catalyst precursor if the liquefaction system incorporates the use of a molybdenum catalyst. Optionally, as an alternative, the additional natural gas feedstock is steam methane reforming (SMR) to produce additional hydrogen for liquefaction and upgrading processes, and synthesis gas for indirect liquefaction. May be reacted.
液化方法において有用な触媒には、これにより参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許第4077867号明細書、同第4196072号明細書および同第4561964号明細書に開示された触媒が含まれる。本発明のシステムにおいて使用するために適切な熱分解法および反応器システムは、これにより参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願公開第2012/0237994号明細書および同第2008/02647771号明細書に開示されている。 Catalysts useful in the liquefaction process include those disclosed in US Pat. Nos. 4,077,867, 4,196,072, and 4,561,964, which are hereby incorporated by reference in their entirety. . Suitable pyrolysis processes and reactor systems for use in the system of the present invention are described in US Patent Application Publication Nos. 2012/0237994 and 2008/0264771, which are hereby incorporated by reference in their entirety. It is disclosed in the specification.
本発明によるバイオマスの液化を実施するために適切な反応器システムの例示的な実施形態は図面の図2に示した。バイオマス原料は、従来型ガス掃引式ローラーミル201内で含水量1〜4%まで乾燥させて圧搾される。圧搾および乾燥バイオマスは、そこでスラリー蒸気を形成するために再生ボトムを含有する担体溶媒および任意選択的に液化触媒前駆体と任意選択的に混合される混合タンク203内へ供給される。 An exemplary embodiment of a reactor system suitable for performing biomass liquefaction according to the present invention is shown in FIG. 2 of the drawings. The biomass material is dried and squeezed in a conventional gas sweeping roller mill 201 to a moisture content of 1 to 4%. The pressed and dried biomass is then fed into a mixing tank 203 that is optionally mixed with a carrier solvent containing a regenerated bottom and optionally a liquefied catalyst precursor to form slurry vapor.
典型的な作動温度は、250〜600°Fおよびより好ましくは300〜450°Fの範囲に及ぶ。スラリーは、スラリー混合タンクからスラリーポンプ205に送達される。適切な混合条件は、処理される特定スラリーブレンドの流動学的特性を定量化する実験研究に基づいて選択される。 Typical operating temperatures range from 250 to 600 ° F and more preferably from 300 to 450 ° F. The slurry is delivered to the slurry pump 205 from the slurry mixing tank. Appropriate mixing conditions are selected based on experimental studies that quantify the rheological properties of the particular slurry blend being processed.
スラリーは、混合タンク203から約300〜500°F(139〜260℃)で離れる。バイオマス中の水分の大部分は、混合タンク内に高温リサイクル溶剤(650/1,000°Fもしくは353/538℃)およびボトムが供給されるために混合タンクから駆逐される。そのような水分および同伴揮発性物質は酸性廃水として凝縮される(図2には図示していない)。混合タンク203を離れるスラリー中のバイオマスは、約0.1〜1.0%の水分を有する。バイオマススラリーは混合タンク203からポンプで排出され、圧力はスラリーポンピングシステム205により所望のレベルに上昇させられる。生じる高圧スラリーは、任意選択的に水素と混合されて熱交換器内で予備加熱され(図示していない)、その後に加熱炉207内で加熱される。 The slurry leaves the mixing tank 203 at about 300-500 ° F. (139-260 ° C.). Most of the moisture in the biomass is driven out of the mixing tank because of the high temperature recycle solvent (650 / 1,000 ° F. or 353/538 ° C.) and the bottom being fed into the mixing tank. Such moisture and entrained volatiles are condensed as acidic wastewater (not shown in FIG. 2). Biomass in the slurry leaving the mixing tank 203 has about 0.1-1.0% moisture. The biomass slurry is pumped out of the mixing tank 203 and the pressure is raised to a desired level by the slurry pumping system 205. The resulting high pressure slurry is optionally mixed with hydrogen and preheated in a heat exchanger (not shown) and then heated in a furnace 207.
バイオマススラリー(および任意選択的に水素混合気)は、直列接続液化反応器209、211および213の第1段のインプットへ約600〜700°F(343℃)および2,000〜3,000psig(138〜206kg/cm2g)で供給される。反応器209、211および213は、上向流管状容器であり、3基の反応器の全長は50〜150フィートである。温度は、様々な発熱反応の結果として1つの反応器段から次段へ上昇する。各段において最高温度を約850〜900°F(454〜482℃)未満に維持するために、好ましくは追加の水素が反応器段間に注入される。各段における水素部分圧は、好ましくは少なくとも約1,000〜2,000psig(69〜138kg/cm2g)で維持される。 The biomass slurry (and optionally the hydrogen mixture) is fed to the first stage input of series connected liquefaction reactors 209, 211 and 213 at about 600-700 ° F (343 ° C) and 2,000-3,000 psig ( 138-206 kg / cm 2 g). Reactors 209, 211 and 213 are upward flow tubular vessels, and the total length of the three reactors is 50-150 feet. The temperature rises from one reactor stage to the next as a result of various exothermic reactions. Additional hydrogen is preferably injected between the reactor stages to maintain the maximum temperature below about 850-900 ° F. (454-482 ° C.) in each stage. The hydrogen partial pressure in each stage is preferably maintained at least about 1,000 to 2,000 psig (69 to 138 kg / cm 2 g).
液化反応器の最終段からの排液は、ガス流および液体/固体流に分離され、液体/固体流は、分離および冷却システム215内で圧力を低下させられる。ガス流は冷却されてナフサ、蒸留物および溶媒の液体蒸気が凝縮されて除去される。残留ガスは、その後にH2SおよびCO2を除去するために処理される。 The effluent from the last stage of the liquefaction reactor is separated into a gas stream and a liquid / solid stream, and the liquid / solid stream is reduced in pressure within the separation and cooling system 215. The gas stream is cooled to condense and remove naphtha, distillate and solvent liquid vapors. The residual gas is then processed to remove H 2 S and CO 2 .
処理ガスの大部分は次に、その中に含有された水素を回収するための従来型手段によるその後の処理のために水素回収システム217へ送られ、回収された水素は次にバイオマススラリーと混合されて再利用される。処理ガスの残留部分は、再循環ループ内での軽留分の堆積を防止するためにパージされる。そこから回収された水素は、下流水素化処理アップグレーディングシステム内で使用される。 The majority of the process gas is then sent to the hydrogen recovery system 217 for subsequent processing by conventional means for recovering the hydrogen contained therein, and the recovered hydrogen is then mixed with the biomass slurry. To be reused. The remaining portion of the process gas is purged to prevent light fraction accumulation in the recirculation loop. The hydrogen recovered therefrom is used in a downstream hydroprocessing upgrade system.
減圧された液体/固体流およびガス冷却中に凝縮された炭化水素は、空気精留塔219に送られ、そこで軽留分、ナフサ、蒸留留分およびボトム留分に分離される。軽留分は、燃料ガスおよび他の目的に使用できる水素およびC1−C4炭化水素を回収するために処理される。ナフサは、ジオレフィン類および他の反応性炭化水素化合物を飽和させるために水素化処理される。ナフサの160°F+留分は、ガソリンを製造するために水素化処理して電力形成することができる。蒸留留分を水素化処理すると、例えばディーゼルおよびジェット燃料などの製品を製造することができる。 The reduced liquid / solid stream and hydrocarbons condensed during gas cooling are sent to an air rectification column 219 where they are separated into light, naphtha, distillation and bottom fractions. Light fraction is treated to recover hydrogen and C 1 -C 4 hydrocarbon can be used to fuel gas and other purposes. Naphtha is hydrotreated to saturate diolefins and other reactive hydrocarbon compounds. Naphtha's 160 ° F + fraction can be hydroprocessed to produce electricity to produce gasoline. When the distillation fraction is hydrotreated, products such as diesel and jet fuel can be produced.
空気精留塔219は、好ましくは600〜700°F+(315〜371℃+)のボトム留分の一部分を溶媒として使用するためにポンプ輸送せずにスラリー混合タンク203へ再循環させられるように十分に高い圧力で作動させられる。 The air rectification column 219 is preferably recirculated to the slurry mixing tank 203 without pumping to use a portion of the bottom fraction of 600-700 ° F + (315-371 ° C. +) as solvent. Operated at a sufficiently high pressure.
空気精留塔219から製造された残留ボトムは、真空精留塔221へ供給され、そこで1,000°F留分と1,000°F+留分とに分離される。1,000°F留分は、スラリー混合タンク203へ再循環させられる溶媒流に加えられる。 The residual bottom produced from the air rectification column 219 is fed to the vacuum rectification column 221 where it is separated into a 1,000 ° F. fraction and a 1,000 ° F. + fraction. The 1,000 ° F. fraction is added to the solvent stream that is recycled to the slurry mixing tank 203.
1,000°F+留分は、ボトム熱分解システム223に供給され、そこで反応内容物をバイオ炭、バイオ油、H2、CO2およびCOへ転換させるために5分間〜3時間以上の時間にわたり320〜750℃の温度へ制御雰囲気下の密閉型反応器内で加熱される。熱分解雰囲気は、制御された濃度の酸素および蒸気を含有する可能性がある。雰囲気が蒸気もしくは酸素を本質的に含有しない場合、バイオ液体およびバイオ炭の製造は最大化される。蒸気およびO2の量が増加するにつれて、熱分解システム223が製造するH2、CO2およびCOの量はますます多量になり、製造されるバイオ液体およびバイオ炭はますます少なくなる。バイオマス液化およびその生成物のアップグレーディングのために追加の水素が必要とされる場合、追加して必要とされる水素を製造するためにガス掃引式ローラーミル201からのバイオマスの一部分が熱分解システム223に供給される。熱分解システム223内で製造されるバイオ炭は、光バイオリアクター105内の藻類核形成剤として、液化の前にバイオマスから金属を除去するための吸収剤として、および最終生物肥料中の成分として使用できる。 The 1,000 ° F. + fraction is fed to the bottom pyrolysis system 223, where 320 to 320 hours over a period of 5 minutes to 3 hours or more to convert the reaction contents to biochar, biooil, H2, CO2 and CO. Heat to a temperature of 750 ° C. in a closed reactor under controlled atmosphere. The pyrolysis atmosphere can contain controlled concentrations of oxygen and steam. If the atmosphere is essentially free of steam or oxygen, the production of bioliquid and biochar is maximized. As the amount of steam and O 2 increases, the amount of H 2, CO 2, and CO produced by the pyrolysis system 223 will increase and the amount of bio-liquid and bio-char produced will decrease. If additional hydrogen is required for biomass liquefaction and its product upgrade, a portion of the biomass from the gas sweep roller mill 201 is pyrolyzed to produce the additional required hydrogen. 223. Biochar produced in the pyrolysis system 223 is used as an algal nucleation agent in the photobioreactor 105, as an absorbent for removing metals from biomass prior to liquefaction, and as a component in the final biofertilizer it can.
液化システム101および熱分解システム103の液体生成物をアップグレードするための方法は、その開示がこれにより参照により全体として組み込まれる米国特許第5198099号明細書に開示されている。液化システム101および熱分解システム103の液体生成物をアップグレードするために適切な他の方法およびシステムは、例えば、Haldor Topsoe社、UOP社、Axens社、Criterion社などの供給業者から市販で入手できる。 A method for upgrading the liquid products of liquefaction system 101 and pyrolysis system 103 is disclosed in US Pat. No. 5,198099, the disclosure of which is hereby incorporated by reference in its entirety. Other methods and systems suitable for upgrading the liquid product of the liquefaction system 101 and pyrolysis system 103 are commercially available from suppliers such as, for example, Haldor Topsoe, UOP, Axens, Criterion.
H2S、CO2およびH2を含有する熱分解システム223からのガスは、次に例えばRectisolもしくはSelexolなどの分離システムに送られる。Selexolの1つの重要な利点は、Selexolが例えばMEAなどのスクラビング工程より高い圧力でCO2を製造することである。これはCO2を貯蔵するため、またはCO2を藻類製造システム111へ輸送するために必要とされる圧縮の量を減少させる。H2SおよびCOSは、いったん加水分解されると、例えば有機溶媒中での溶解もしくは有機溶媒との反応によって除去され、元素の硫黄もしくは硫酸などの高価値の副生成物へ転換される。UOP社およびその他の企業がSelexol工程のライセンスを有している。 The gas from the pyrolysis system 223 containing H 2 S, CO 2 and H 2 is then sent to a separation system such as, for example, Rectisol or Selexol. One important advantage of Selexol is that Selexol produces CO2 at a higher pressure than a scrubbing process such as MEA. This reduces the amount of compression required to store CO2 or to transport CO2 to the algae production system 111. Once hydrolyzed, H 2 S and COS are removed, for example, by dissolution in an organic solvent or reaction with an organic solvent, and converted to a high value by-product such as elemental sulfur or sulfuric acid. UOP and other companies have licenses for the Selexol process.
フィッシャー−トロプシュ(FT)合成
FT合成を実施するための反応器、触媒および条件は当業者には周知であり、多数の特許および他の刊行物において、例えばそれらの内容がこれにより参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許第7198845号明細書、同第6942839号明細書、同第6315891号明細書、同第5981608号明細書および再発行特許第RE39073号明細書に記載されている。FT合成は、固定床、移動床、流動床、沸騰床もしくはスラリー反応器内で様々な触媒を使用して、所望の一連の生成物および他の因子に基づいて選択される様々な作動条件下で実施できる。典型的なFT合成生成物には、一般に式nCH2によって表されるパラフィン類およびオレフィン類が含まれる。所定の生成物流に対する生産力および選択性は、反応器のタイプ、温度、圧力、空間率、触媒タイプおよび合成ガス組成を含むがそれらに限定されない反応条件によって決定される。
Fischer-Tropsch (FT) synthesis Reactors, catalysts and conditions for carrying out FT synthesis are well known to those skilled in the art, and in many patents and other publications, for example, their contents are hereby incorporated by reference in their entirety. U.S. Pat. Nos. 7,198,845, 6,942,839, 6,315,891, 5,981,608 and Reissue Patent RE39073, which are incorporated herein. FT synthesis uses various catalysts in a fixed bed, moving bed, fluidized bed, ebullated bed or slurry reactor and uses various operating conditions that are selected based on the desired set of products and other factors. Can be implemented. Typical FT synthesis product, generally include paraffins and olefins represented by formula nCH 2. Productivity and selectivity for a given product stream is determined by reaction conditions including but not limited to reactor type, temperature, pressure, porosity, catalyst type and synthesis gas composition.
FT合成についての化学量論的合成ガスH2/CO比は約2.0である。バイオマスから生成された合成ガス中のH2/COの比率は2未満であり、典型的には約0.5〜1.0までである。この比は、バイオマス製造合成ガスを軽質炭化水素から生成された合成ガスもしくは天然ガスと混合することによって増加させることができる。そのような混合する工程がH2/CO比を適切に増加させない、および追加の水素が他の入手源から便宜的に入手できない場合は、そのような比は水−ガスシフト反応によってさらに増加させられてよい。水−ガスシフト反応を促進しないコバルト系触媒を使用して実施されるFT合成転換の場合には、バイオマス製造合成ガスのH2/CO比は、例えば合成ガス生成システム109によって製造される水素によって、FT合成反応器内に導入される前に好ましくは約2.0である。水−ガスシフト反応を誘発するFT合成転換が鉄系触媒を使用して実施される場合は、別個のシフト転換器を使用する必要はない。しかしどんな場合でも、水−ガスシフト反応は追加のCO2を生成する。 The stoichiometric synthesis gas H 2 / CO ratio for FT synthesis is about 2.0. The ratio of H 2 / CO in the synthesis gas produced from biomass is less than 2, and typically up to about 0.5-1.0. This ratio can be increased by mixing biomass-producing syngas with syngas produced from light hydrocarbons or natural gas. Such mixing step can not increase appropriately H 2 / CO ratio, and if the additional hydrogen can not be conveniently available from other available sources, such ratio of water - brought further increased by gas shift reaction It's okay. In the case of FT synthesis conversion carried out using a cobalt-based catalyst that does not promote the water-gas shift reaction, the H 2 / CO ratio of the biomass production synthesis gas is determined by, for example, hydrogen produced by the synthesis gas production system 109, It is preferably about 2.0 before being introduced into the FT synthesis reactor. If the FT synthesis conversion that induces the water-gas shift reaction is carried out using an iron-based catalyst, it is not necessary to use a separate shift converter. However in any case, water - gas shift reaction to produce additional CO 2.
水素化脱酸素反応
液化システム101への原料が完全にバイオマス、例えば藻類および/または他のバイオマス起源から抽出された脂質からなる場合、液化システム101は、または触媒水素化脱酸素反応および異性化(CHI)システムもしくは類似システム、例えばその内容がこれにより参照により全体として本明細書に組み込まれる国際公開第2009/025663号パンフレット、同第2009/025635号パンフレット、同第2008/8124607号パンフレットもしくは米国特許第4992605号明細書に開示されたシステムを使用して実施することもできる。
Hydrodeoxygenation Reaction When the feed to liquefaction system 101 consists entirely of lipids extracted from biomass, such as algae and / or other biomass sources, liquefaction system 101 or catalytic hydrodeoxygenation reaction and isomerization ( CHI) system or similar systems, such as WO 2009/025663, 2009/025635, 2008/8124607 or US patents, the contents of which are hereby incorporated by reference herein in their entirety. It can also be implemented using the system disclosed in US Pat. No. 4,992,605.
CO2の捕獲および再使用
上述したように、本発明の方法によって製造されたCO2は捕獲されてPBRにおいて藻類を製造するために使用される。PBRシステムは、密閉型もしくは開放型反応器システムを包含することができる;閉鎖型システムは、特異的に選択された藻類の菌株の最大生産量を可能にするため、水分損失および外部起源からの藻類菌株の汚染を最小限に抑えるため、ならびに全IBTL方法における他の燃焼もしくは熱分解関連工程において使用するための藻類製造工程において製造される酸素の捕獲を可能にするために好ましい。多数の市販で入手できる藻類製造システムが存在する。例示的な閉鎖型PBRシステムは、これにより参照により全体として本明細書に組み込まれる米国特許出願第2007/0048848号明細書、同第2007/0048859号明細書、同第2012/0107921号明細書、同第2013/0273630号明細書および同第2008/0160591号明細書に記載されている。好ましくは、構造化バイオ炭は、製造される藻類のための核形成部位として作用させるためPBR内の食塩水溶液に、および生物肥料製品内に含まれる食塩水から栄養素を吸収させるために加えられる。PBR内のバイオ炭は、藻類がPBR内でより良好に再生することを誘発し、後の加工処理において食塩水から藻類を分離することをより容易にさせる藻類の「付着増殖」を促進することが見いだされている。構造化バイオ炭中に吸収された栄養素は、さらに土壌に適用された後に生物肥料中の藻類およびジアゾトロフ生物の再生もまた支援する。
Capture and reuse of CO2 As mentioned above, CO2 produced by the method of the present invention is captured and used to produce algae in PBR. PBR systems can include closed or open reactor systems; closed systems allow for maximum production of specifically selected algae strains so that water loss and from external sources It is preferred to minimize contamination of the algae strain and to allow capture of oxygen produced in the algae production process for use in other combustion or pyrolysis related processes in the entire IBTL process. There are a number of commercially available algae production systems. Exemplary closed PBR systems are described in U.S. Patent Application Nos. 2007/0048848, 2007/0048859, 2012/0107921, which are hereby incorporated by reference in their entirety. It is described in the specification of 2013/0273630 and 2008/0160591. Preferably, structured biochar is added to absorb nutrients from the saline solution in the PBR to act as a nucleation site for the algae produced and from the saline contained in the biofertilizer product. Biochar in PBR promotes algae “adhesion growth” that induces algae to regenerate better in PBR and makes it easier to separate algae from saline in subsequent processing Has been found. The nutrients absorbed in the structured biochar also support the regeneration of algae and diazotroph organisms in the biofertilizer after further application to the soil.
PBR内で製造された藻類は、土壌の炭素含有量を増加させるための土壌処理材料として使用するため、および土壌中で追加の藻類を製造するための光合成を誘導するために水流中で単離できる。ジアゾトロフ生物は、好ましくは藻類を乾燥させる前、または乾燥させた後のいずれかに藻類に加えられる。生じた生物は、次に好ましくは添加物、例えば有機結合剤、熱分解システム103および/または液化システム101からのアルカリ含有残留物と結合され、最終混合物は天然生物肥料として使用される。この能力において、この材料はさらに土壌中での光合成による藻類およびジアゾトロフ生物の成長を生じさせ、これによりその天然炭素含有量の増加を生じさせるだけではなく、様々な形態の藻類、特に藍藻類(シアノバクテリア)および他のジアゾトロフ生物が、その全部が処理された土壌中での植物の成長を促進し、本発明のIBTL方法のフットプリントであるGHG、および特にCO2を大きく減少させる窒素を固定することも誘発する。ジアゾトロフ生物は、好ましくは例えばオートクレーブなどの未知のタイプのバイオリアクター内で藻類増殖用PBRから別個に製造される。この方法では、土壌中もしくはそれに生物肥料が適用される土壌タイプ内で発生するシアノバクテリア、または類似の一連の微生物を含む微生物の天然型補体は、最適化されて増殖させられ、そして生じる材料は脱水して乾燥させられ、所望の添加物を用いて処理される;その後に粒状化され、任意選択的に拡散性を最適化するための材料で被覆され、施肥すべき、または回復させるべき土壌上に分布させられる。 Algae produced in PBR are isolated in a water stream for use as a soil treatment material to increase the carbon content of the soil and to induce photosynthesis to produce additional algae in the soil it can. The diazotroph organism is preferably added to the algae either before or after the algae are dried. The resulting organism is then preferably combined with additives, such as organic binder, pyrolysis system 103 and / or alkali-containing residue from liquefaction system 101, and the final mixture is used as a natural biological fertilizer. In this capacity, this material not only causes the growth of algae and diazotroph organisms by photosynthesis in the soil, thereby increasing its natural carbon content, but also various forms of algae, in particular cyanobacteria ( Cyanobacteria) and other diazotroph organisms promote plant growth in soils that have been treated in their entirety, immobilize GHG that is the footprint of the IBTL method of the present invention, and in particular nitrogen that greatly reduces CO2. It also triggers. The diazotroph organism is preferably produced separately from the PBR for algae growth in an unknown type of bioreactor such as an autoclave. In this method, the natural complement of microorganisms, including cyanobacteria that occur in the soil or in the soil type to which biofertilizer is applied, or a similar series of microorganisms, is optimized and propagated and the resulting material Is dehydrated and dried and treated with the desired additives; then granulated and optionally coated with a material to optimize diffusivity, should be fertilized or restored Distributed on the soil.
生物肥料の製造において藻類により消費されるCO2を陸生的に隔離することによる本発明のIBTLシステムのGHGフットプリントの有益な減少に加えて、本発明の統合システムは、特に本発明によって製造される生物肥料の場合には、藻類および他の光合成微生物が、生物肥料が特にそれに適用されて光合成を通して増殖し、それにより大気からより多くのCO2を抽出して大気窒素を固定する土壌の構成に適合するように選択されたために土壌に適合したという追加の極めて重要な有益な特徴を有する。この特徴は、本発明のIBTL方法における藻類の製造中に消費されるCO2に比較して係数30以上、および潜在的には150倍という高さまで正味CO2の増加を生じさせ、土壌の生産力を大きく高める。 In addition to the beneficial reduction of the GHG footprint of the IBTL system of the present invention by terrestrial sequestration of CO 2 consumed by algae in the production of biofertilizers, the integrated system of the present invention is specifically manufactured by the present invention. In the case of biological fertilizers, algae and other photosynthetic microorganisms grow in soil through which photofertilizers are specifically applied to biofertilizers, thereby extracting more CO 2 from the atmosphere and fixing atmospheric nitrogen It has the additional extremely important beneficial feature of being adapted to the soil because it has been selected to fit. This feature results in a net CO2 increase to a factor of 30 or more and potentially 150 times higher compared to the CO2 consumed during the production of algae in the IBTL process of the present invention, thereby increasing soil productivity. Increase greatly.
天然生物肥料の品質(本発明のIBTL方法における他の工程からPBRへ提供される水の品質およびCO2の純度ならびに他の栄養素量により影響を受ける)は、様々な食用作物の成長を強化する際に使用するための食品等級/FDA認定材料;生物活性地殻の形成によって風食を予防もしくは阻害するための乾燥地土壌を再生するための土壌改良材料として役立つための中等度材料;または生物反応性材料の添加が排出される水の品質を改善するために汚染土の浸出および浸食阻害する場合に使用済み鉱山土壌の再生に使用するための低純度材料を生成するために制御することができる。添加されたバイオ炭成分(下記で説明する)は、さらに土壌の保水特性を制御するために生物肥料調製物の全体的親水性および疎水性をさらに制御するために適用できる。この機序により、特定作物の製造における最適使用に合わせて生物肥料調製物を調整することができる。 Quality of natural biological fertilizer (affected by the purity and other nutrients of the quality and CO 2 water provided from other processes to PBR in IBTL method of the present invention), to enhance the growth of a variety of food crops Food grade / FDA certified materials for use in the environment; moderate materials to serve as soil amendments for regenerating dryland soils to prevent or inhibit wind erosion by forming bioactive crust; or biological reactions Can be controlled to produce low-purity materials for use in reclaiming used mine soil in case of contaminated soil leaching and erosion inhibition to improve the quality of discharged water . The added biochar component (described below) can be applied to further control the overall hydrophilicity and hydrophobicity of the biofertilizer preparation to further control the water retention properties of the soil. This mechanism allows the biofertilizer preparation to be tailored for optimal use in the manufacture of specific crops.
天然生物肥料は、従来型のアンモニアをベースとする生物肥料に対する直接代替品として使用することができるが、このとき生物肥料はさもなければNH3およびあらゆる種類のアンモニアをベースとする生物肥料の製造において生成されるであろうさらに大量のCO2を相殺する。これはさらに、例えば下流水路を汚染させ、藻類および他の水生植物の望ましくない異常発生を誘発するNH3をベースとする成分の流出量の減少などの他の下流効果をもたらす。 Natural biological fertilizers can be used as a direct replacement for conventional ammonia-based biological fertilizers, where the biological fertilizers are otherwise made of NH 3 and all types of ammonia-based biological fertilizers Offsets the larger amount of CO 2 that would be produced in This further results in other downstream effects such as a reduction in the efflux of NH 3 -based components that contaminate downstream waterways and induce undesirable anomalies in algae and other aquatic plants.
生物肥料調製物
本発明はさらに、IBTLフロースキームからの工程流の様々なブレンド、シアノバクテリアおよび好ましくは他のジアゾトロフ生物、バイオ炭、ならびに熱分解工程からの無機残留物から構成される特異的生物肥料調製物を提供する。生物肥料調製物は、元素組成、全窒素レベル、組成物の全平均表面積、個別バイオ炭成分もしくはそれらの混合物の表面積、全アルカリおよび個別アルカリ成分が特定作物もしくは最終使用に合わせて調整される方法で制御されることを可能にする。
Biofertilizer Preparations The present invention further provides specific organisms composed of various blends of process streams from the IBTL flow scheme, cyanobacteria and preferably other diazotroph organisms, biochar, and inorganic residues from pyrolysis processes. Provide fertilizer preparation. Biofertilizer preparation is a method in which elemental composition, total nitrogen level, total average surface area of the composition, surface area of individual biochar components or mixtures thereof, total alkali and individual alkali components are adjusted for a particular crop or end use Allows to be controlled by.
好ましい生物肥料の製造では、PBRにはそれに生物肥料が適用される土壌と類似の土壌および環境特性を有する健常な未攪乱土壌の中央1センチメートル中の正常滞留から取り出せる生物学的培養物が、または1つ以上のシアノバクテリア菌株および好ましくは生物肥料を使用すべき場所において肥料として使用するために適切な他の光合成微生物を含む生物学的培養物が接種される。事実上、これらの土壌微生物は土粒子を適所に接着させ、それにより風食および水食を制限する、ならびに肥沃化および植物活力を提供すること含む多数の機能に役立つ生物学的土膜(「BSC」)を形成する。シアノバクテリアおよび「藍藻地衣類」は、乾燥生態系における固定大気窒素の主要供給源である。 In the production of a preferred biofertilizer, the PBR has a biological culture that can be removed from normal residence in the central 1 centimeter of healthy undisturbed soil with similar soil and environmental characteristics to the soil to which the biofertilizer is applied. Or a biological culture containing one or more cyanobacterial strains and preferably other photosynthetic microorganisms suitable for use as fertilizers where biofertilizers are to be used. In effect, these soil microorganisms adhere to soil particles in place, thereby limiting wind and water erosion, and providing a biological soil film that serves a number of functions including providing fertilization and plant vitality (" BSC "). Cyanobacteria and “Cyanobacteria lichens” are the main sources of fixed atmospheric nitrogen in dry ecosystems.
米国西部における研究は、研究場所に依存して5〜49種のシアノバクテリア分類群を観察している。ノストック属(Nostoc)、シゾトリックス属(Schizothrix)、アナベナ属(Anabaena)およびトリポスリックス属(Tolypothrix)は、最も頻回に遭遇する異種細胞属である。ミクロコレウス属(Microcoleus)およびフォルミディウム属(Phormidium)は、一般に遭遇する非異種細胞属である。西部のコロラド州では、例えば、異種細胞属であるスキトネマ属(Scytonema)が頻回に観察される。異種細胞は、窒素固定の責任を担う分化した特異性細胞である。異種細胞には、水分解性O2発生光化学系II装置が欠けている。この順応は、O2によるニトロゲナーゼ活性の阻害を排除するために進化してきたが、依然として光化学系I活性を保持することによりATPエネルギーを生成する。 Studies in the western United States observe 5-49 cyanobacterial taxa depending on the location of the study. The genus Nostock, Schizothrix, Anabaena, and Tolypothrix are the most frequently encountered heterologous cell genera. Microcoleus and Formidium are commonly encountered non-heterogeneous cell genera. In western Colorado, for example, the genus Scytonema, a heterogeneous cell genus, is frequently observed. Heterologous cells are differentiated specific cells that are responsible for nitrogen fixation. Heterogeneous cells lack the water-degradable O2-generating photosystem II device. This adaptation has evolved to eliminate inhibition of nitrogenase activity by O2, but still generates ATP energy by retaining photosystem I activity.
多数の非異種細胞性のシアノバクテリア属はニトロゲナーゼを含有することが公知であり、微小好気性もしくは嫌気性条件下の暗所では窒素を固定する場合がある。ミクロコレウス・バギナツス(Microcoleus vaginatus)は、発生頻度および形態に基づくと極めて重要な短命地殻成分である。ミクロコレウス・バギナツス(Microcoleus vaginatus)の粘骨性被殻糸状体は、砂粒子を結合させること、そこで浸食を減少させて藍藻地衣類および他の微生物のコロニー形成のための安定性基質を生成することに高度に効果的である。ミクロコレウス・バギナツス(Microcoleus vaginatus)は、直接的に窒素を固定することはできないが、その粘骨性鞘は嫌気性微小環境および着生ジアゾトロフ細菌のための炭素源を提供すると考えられている。 Many non-heterologous cyanobacteria are known to contain nitrogenase and may fix nitrogen in the dark under microaerobic or anaerobic conditions. Microcoleus vaginalus is a very important short-lived crust component based on frequency and morphology. Microcoleus vaginalus mucosal putamenous filaments bind sand particles where they reduce erosion to produce a stable substrate for colonization of cyanobacterial lichens and other microorganisms Especially highly effective. Microcoleus vaginatus cannot immobilize nitrogen directly, but its osteogenic sheath is thought to provide a carbon source for anaerobic microenvironments and epiphytic diazotrophic bacteria.
藍藻地衣類は、砂漠生態系における固定窒素および短命地殻地被の主要誘因でもある。地衣類は、真菌(ミコビオント)と藻類(フィコビオント)との間の双利共生である。ほとんどの場合、地衣類のフィコビオントは緑藻類、通例はトレボウキシア(Trebouxia)であるが、藍藻地衣類のフィコビオントは、シアノバクテリア、最も一般的にはノストック属(Nostoc)、スキトネマ属(Scytonema)もしくはアナベナ属(Anabaena)からなる。これらの藍藻地衣類は、特徴的に黒色で、質感は粘着性であり、成層化されていない。例えばツメゴケ属(Peltigera)およびカブトゴケ属(Lobaria)などの亜高山生物群系に生息する所定の成層化地衣類は、緑色トレボウキシア(Trebouxia)および窒素固定シアノバクテリアであるノストック属(Nostoc)の両方を含有する。例えば乾燥した米国西部の藍藻地衣類は、地被の40〜100%を占める可能性があり、土壌安定化およびN2固定に重大に寄与する。土壌および非生物的環境に依存して、53属を代表する159種までの地衣類種が観察されている。最も一般的に遭遇する属の一部には、コレマ属(Collema)、プラシンチウム属(Placinthium)、レプトギウム属(Leptogium)およびヘピア属(Heppia)が含まれる。 Cyanobacteria lichens are also a major incentive for fixed nitrogen and short-lived crust cover in desert ecosystems. Lichen is a symbiosis between fungi (mycobiot) and algae (phycobionto). In most cases, the lichen phycobiot is a green algae, usually Trebuxia, but the cyanobacterium phycobionte is a cyanobacteria, most commonly Nostoc, Scytonema or Anabena. It consists of a genus (Anabaena). These cyanobacteria lichens are characteristically black, the texture is sticky and not stratified. For example, certain stratified lichens that inhabit subalpine communities such as Peltigera and Lobaria are both green Treboxia and Nostoc, a nitrogen-fixing cyanobacterium. Containing. For example, dry US cyanobacterium lichen can account for 40-100% of the ground cover and contributes significantly to soil stabilization and N 2 fixation. Depending on the soil and abiotic environment, up to 159 lichen species representing 53 genera have been observed. Some of the most commonly encountered genera include Collema, Placinthium, Leptogium, and Heppia.
活用すべきシアノバクテリア属は、生物学的土膜から入手されてよく、以下の属:ノストック属(Nostoc)、アナベナ属(Anabaena)、スキトネマ属(Scytonema)、トリポスリックス属(Tolypothrix)、カロスリックス属(Calothrix)、ミクロコレウス属(Microcoleus)、リブラリア属(Rivularia)、フォルミディウム属(Phormidium)、シンプロカ属(Symploca)、シゾトリックス属(Schizothrix)、スチゴネマ属(Stigonema)、プレクトネマ属(Plectonema)およびクロロコッカス属(Chroococcus)が含まれるがそれらに限定されない。これらのシアノバクテリアに加えて、例えばクラミドモナス属(Chlamydomonas)、トレボウキシア属(Trebouxia)、イカダモ属(Scenedesmus)などの真核性藻類を含めるのが望ましい場合がある。さらにまた、例えばアゾバクタ−属(Azotobacter)、ロドスピリリウム属(Rhodospirillium)もしくはロドシュードモナス属(Rhodopseudomonas)などの自由生活窒素固定細菌を含めることも望ましい。その他の重要な土壌細菌、例えばアルトロバクター属(Arthrobacter)ならびにフランキア属(Frankia)、ノカルディア属(Nocardia)、ストレプトマイセス属(Streptomyces)およびミクロモノスポラ属(Micromonospor)を含む様々な放線菌類もまた栄養素の循環を強化するために含まれてよい。最後に、塩基性光合成生物肥料の微生物成分を完成するために、地衣類菌、腐生菌および菌根菌を含むのが望ましい場合もある。これらの従属栄養微生物は、標準方法を使用して製造されるであろう。 The genus Cyanobacteria to be exploited may be obtained from biological soil membranes and include the following genera: Nostock, Anabaena, Scytonema, Tolypothrix, Calothrix, Microcoleus, Livularia, Formidium, Symproca, Schizothrix, Stigonem, Stignemect ) And Chlorococcus, but are not limited thereto. In addition to these cyanobacteria, it may be desirable to include eukaryotic algae such as, for example, Chlamydomonas, Trebouxia, and Scenedesmus. Furthermore, it is also desirable to include free-living nitrogen-fixing bacteria such as, for example, Azotobacter, Rhodospirillium or Rhodopseudomonas. Various actinomycetes, including other important soil bacteria such as Arthrobacter and Francia, Nocardia, Streptomyces and Micromonospor It may also be included to enhance nutrient cycling. Finally, it may be desirable to include lichens, saprophytes and mycorrhizal fungi to complete the microbial components of the basic photosynthetic biofertilizer. These heterotrophic microorganisms will be produced using standard methods.
生物肥料は、好ましくは、土壌窒素および炭素を提供することに加えて、腐食制御剤として挙動するために設計される。大多数の場合は、生物肥料単独が所望の結果を達成するであろう。生物肥料の柔軟性に基づくと、例えば繊維性根覆いおよび粘着付与剤などの伝統的な浸食制御法と結び付けて使用することができ、そこでこれらの伝統的製品の有効性を強化する。例えば、硬岩鉱くず、廃棄物および表土は、特徴的には細菌による硫黄の酸化を通して酸性(pH<3)になる。これらの酸性環境は、種子発芽を阻害し、シアノバクテリアのpH下限(pH<5)を超える。しかし、根覆いの層が表面に適用された場合は、種子発芽および生物肥料の成長を許容する化学的隔離体として役立つことが証明されている。植物の根は窒素欠乏性の酸性鋼くず中に貫通し、生物肥料によって窒素が供給されると成長し続ける。 The biofertilizer is preferably designed to behave as a corrosion control agent in addition to providing soil nitrogen and carbon. In the majority of cases, biofertilizer alone will achieve the desired result. Based on biofertilizer flexibility, it can be used in conjunction with traditional erosion control methods such as fibrous root cover and tackifiers, where it enhances the effectiveness of these traditional products. For example, hard rock mine waste, waste and topsoil are characteristically acidic (pH <3) through the oxidation of sulfur by bacteria. These acidic environments inhibit seed germination and exceed the pH lower limit (pH <5) of cyanobacteria. However, when a root cover layer is applied to the surface, it has proven to serve as a chemical isolate that allows seed germination and growth of biofertilizer. Plant roots penetrate into nitrogen-deficient acidic steel scrap and continue to grow when nitrogen is supplied by biofertilizer.
根圏細菌(rhizobacteria)は土壌中で見いだされる微生物の重要な成分であることが見いだされている。シアノバクテリアは、特に根圏細菌と組み合わせて存在する場合は、植物刺激因子として作用し、植物がそれらに接近できるように、そこで植物成長のための重要な刺激因子である鉱物が土壌中に溶解するのに役立つギベレリン酸および酢酸ならびに他のモノおよびポリカルボン酸を含む有機酸を生成すると考えられている。さらに、様々な種類の土壌形成は、様々な作物および天然植物種が根を張って繁茂するための土壌の生産力に寄与する天然型微生物の様々な補完物を有することが見いだされている。例えば、中国科学院砂漠研究所(Desert Institute of the Chinese Academy of Sciences)は、砂漠の土壌において、砂中で主要表面層微生物がフラギラリア属(Fragilaria)、オシラトリア・ウィレイ(Oscillatoria willei)およびフォルミジウム・オケニイ(Phormidium okenii)であることが見いだされたことを見いだした。表面層が藻類地殻である場所では、主要微生物はシネココッカス・パルブス(Synechococcus parvus)、チコネマ・グラヌラツム(Tychonema granulatum)およびフォルミディウム・レツリ(Phormidium retzli)であることが見いだされた。表面層が地衣類地殻である場所では、主要微生物はオシラトリア・ウィレイ(Oscillatoria wille)、オシラトリア・カルボニチフィラ(Oscillatoria carboniciphila)およびフォルミディウム・レツリ(Phormidium retzli)であることが見いだされた。苔地殻表面層の場合は、主要微生物はシネココッカス・パルブス(Synechococcus parvus)、シネコシスティス・パバレキイ(Synechocystis pavalekii)およびフォルミディウム・レツリ(Phormidium retzli)であることが見いだされた。そのような天然コロニーが形成されるように育てることは特に有益であり、特に乾燥地域においては、天然植物相の回復は、土壌に炭素および他の栄養素を補給する際の土壌を土壌安定化および天然植物コロニーの生産の増加にとって有益な可能性がある。上記研究所は、これらの微生物の所定の種がゴビ砂漠および中国の近隣の砂漠における土壌サンプル中で優勢であると報告しており、これらの種は本発明の最終生物肥料調製物に組み込まれるべき生物集団の潜在的メンバーとして特に関心が高い。例えば、Yanmei Liu et al.による近年の報告書「The Effects of Soil Crusts on Soil Nematode Communities Following Dune Stabilization in the Tennger Desert,Northern China,Applied Soil Ecology,vol 49,pp118−124(2011)を参照されたい。 Rhizobacteria have been found to be an important component of microorganisms found in soil. Cyanobacteria, especially when present in combination with rhizosphere bacteria, act as plant stimulators, where minerals, which are important stimulators for plant growth, dissolve in the soil so that plants can access them. It is believed to produce organic acids including gibberellic acid and acetic acid as well as other mono- and polycarboxylic acids that help to do this. In addition, various types of soil formation have been found to have various complements of natural microorganisms that contribute to soil productivity for various crops and natural plant species to grow rooted. For example, Desert Institute of the Academy of Sciences, in desert soils, the main surface layer microorganisms in the sand are Fragilaria, Oscilatoria Willie, and Oscilatoria Willie I found out that it was found to be a formium okeniii). In places where the surface layer is the algal crust, the main microorganisms were found to be Synechococcus parvus, Tychonema granatum, and Formidium retzli. In places where the surface layer is a lichen crust, the main microorganisms were found to be Oscillatoria willi, Oscillatoria carbonicophila and Formidium retzli. In the case of the moss crust surface layer, the main microorganisms were found to be Synechococcus parvus, Synechocystis pavarekii and Formidium retzli. It is particularly beneficial to grow such natural colonies to form, especially in dry areas, the restoration of natural flora can stabilize and stabilize the soil as it is supplemented with carbon and other nutrients. It may be beneficial for increased production of natural plant colonies. The laboratory reports that certain species of these microorganisms are prevalent in soil samples in the Gobi Desert and neighboring deserts in China, and these species are incorporated into the final biofertilizer preparation of the present invention. It is of particular interest as a potential member of a biological population. For example, Yanmei Liu et al. A recent report by The Effects of Soil Crusts on Soil Nematode Communities Following Dune Stabilization in the Tengender Desert, North Chile, April 20th.
BSC中の微生物の多数はさらに光合成作用があり、それらが光合成性ではなく土壌中のより深部で見いだされる集団微生物へ順に栄養および固定窒素を製造して提供できるように、日光からエネルギーを引き出す。BSCおよびそれに栄養を供給するより深部の集団微生物の作用は、協働して土壌を安定化させ、経時的に土壌基質中への土壌の粒子から植物から入手できる栄養を引き出す。重要なことに、BSCの優勢シアノバクテリア成分は大気からの炭素ならびに窒素を固定する。BSCから始めて、これらの微生物の結合作用は、牧草、灌木および作物のような維管束植物の定着および成長の利益になる条件を作り出す。事実上、BSCは、経時的に維管束植物の定着のために適切および有益にさせるむき出しの地表上に生息する天然型の太陽光をエネルギーとする生物肥料である。しかし、BSC微生物は乾燥気候では緩徐に繁殖して余り運動性ではないために、耕作、家畜放蓄のような物理的攪乱および火災は土壌およびBSCにとってBSCの有益な作用を停止させる可能性があり、さらにこれらの利点は乾燥気候において自然に回復するためには数十年もしくは数百年を要する可能性がある。 Many of the microorganisms in BSC are also photosynthetic, drawing energy from sunlight so that they can produce and provide nutrients and fixed nitrogen in turn to population microorganisms that are not photosynthetic and are found deeper in the soil. The action of the BSC and the deeper population microbes that supply it work together to stabilize the soil and, over time, extract the nutrients available from the plant from the soil particles into the soil matrix. Importantly, the predominant cyanobacterial component of BSC fixes carbon and nitrogen from the atmosphere. Beginning with BSC, the combined action of these microorganisms creates conditions that benefit colonization and growth of vascular plants such as grass, shrubs and crops. In effect, BSC is a natural, solar-powered biofertilizer that inhabits the bare surface that makes it suitable and beneficial for the establishment of vascular plants over time. However, because BSC microorganisms multiply slowly in dry climates and are not very mobile, physical disturbances such as farming, livestock stocking and fires can stop the beneficial effects of BSC for soil and BSC. Moreover, these benefits can take decades or hundreds of years to recover naturally in dry climates.
好ましい生物肥料の製造は、工業規模ではPBR内で天然型選択的BSC微生物を急速に再生させる。微生物は次に、好ましい生物肥料を構成する、および現在は健常な土壌地殻コロニーが欠如している土地上に広げられ、そこで土壌の自然回復を促進するこれらの微生物の「接種用種子」を形成するために注意深く混ぜ合わされる。生物肥料が土壌表面上で増殖するにつれて、大気CO2からますます多量の炭素を土壌中に引出し、炭素は土壌中では生きている持続可能な微生物共同体の一部になり、この大気炭素を土壌中に効果的に隔離する。好ましい生物肥料を用いた土壌接種、土壌上での自然増殖および続発性の維管束植物成長の強化を通して、1トンのCO2から次に適切な土壌上に適用される好ましい生物肥料への転換は、大気気体の直接光合成取り込みを通して毎年大気からの50トンまでのCO2の減少をもたらすことができる。 The preferred biofertilizer production rapidly regenerates native selective BSC microorganisms in PBR on an industrial scale. Microorganisms then constitute preferred biofertilizers and are spread on land that currently lacks healthy soil crust colonies, where they form “inoculated seeds” for these microorganisms that promote the natural recovery of the soil To be mixed carefully. As biological fertilizer grows on the soil surface, it draws more and more carbon from the atmospheric CO2 into the soil, where it becomes part of a living, sustainable microbial community, Isolate effectively. Through soil inoculation with the preferred biofertilizer, natural growth on the soil and enhancement of secondary vascular plant growth, conversion from 1 ton of CO2 to the next preferred biofertilizer applied on the appropriate soil is: Through direct photosynthetic uptake of atmospheric gases, a reduction in CO2 from the atmosphere of up to 50 tons can be achieved each year.
生物肥料を製造するために使用されるシアノバクテリアおよびそれらの土壌共同体は、好ましくはそれらの内容がこれにより参照により全体として本明細書に組み込まれるFlynnへの米国特許出願公開第2008/0236227号明細書(本明細書では以後「Flynn」と呼ぶ)に教示された方法で接種菌内へ培養され、Flynnによっても教示された増殖用PBRに接種するために使用されるが、このとき培養物は栄養素、二酸化炭素、日光および水圧混合への容易な接近によって液体培地中で迅速に増殖することができる。PBRには、日光、栄養素および最も一般には二酸化炭素であるが、重炭酸ナトリウムもしくは他の生物利用可能な形態などの固定形であってよい炭素源によって栄養が補給されてよい。 The cyanobacteria and their soil consortium used to produce biofertilizers are preferably US 2008/0236227 to Flynn, the contents of which are hereby incorporated by reference in their entirety. (Hereinafter referred to as "Flynn") in the inoculum and used to inoculate the PBR for growth also taught by Flynn, where the culture is It can grow rapidly in liquid media with easy access to nutrients, carbon dioxide, sunlight and hydraulic mixing. PBR may be supplemented with a carbon source that is sunlight, nutrients and most commonly carbon dioxide, but may be in a fixed form such as sodium bicarbonate or other bioavailable form.
本発明による生物肥料を製造するための好ましい方法は、以下の:
(1)天然微生物種の組成を密接に反映する多種培養物を生成するために重要な光合成生物学的土膜微生物を単離する工程;
(2)好ましくはバイオマス生産力を最大化するために設計された制御条件下にあるPBR内で培養物を培養する工程;
(3)例えば、単純重力駆動沈降およびろ過、浄化もしくは遠心分離によって、製造されたバイオマスを収穫する工程;
(4)好ましくは、別個に製造されたジアゾトロフ微生物をバイオマスに加える工程;
(5)例えば、refractance−window乾燥技術、または例えば風乾法、スプレー乾燥法、真空乾燥法、または細胞が生存したままであるような凍結法などの他の方法によってバイオマスを保存する工程;および
(6)生物肥料の包装、貯蔵、輸送および最終散布を促進するために乾燥シアノバクテリアおよびジアゾトロフ微生物を粉砕、細片化または粉末化する工程を含む。
A preferred method for producing a biofertilizer according to the present invention is as follows:
(1) isolating photosynthetic biological soil microbes that are important for producing multicultural cultures that closely reflect the composition of the natural microbial species;
(2) culturing the culture in PBR, preferably under controlled conditions designed to maximize biomass productivity;
(3) harvesting the produced biomass, for example by simple gravity driven sedimentation and filtration, purification or centrifugation;
(4) preferably adding separately produced diazotrophic microorganisms to the biomass;
(5) storing the biomass by, for example, reflexance-window drying techniques, or other methods such as, for example, air drying, spray drying, vacuum drying, or freezing such that the cells remain viable; 6) including crushing, chopping or pulverizing dry cyanobacteria and diazotrophic microorganisms to facilitate packaging, storage, transport and final application of biofertilizer.
PBR内で増殖させた後、土壌微生物は捕獲され、好ましくはジアゾトロフ微生物と混合され、製品の生物肥料を作り出すための混合剤およびコーティング剤を使用して混ぜ合わせられる。生物肥料は、農地もしくは損傷した土地の上に標準農作業、例えば農薬散布、潅漑用水との混合または散布機を用いた施肥を使用して施肥することができる。いったん土壌表面上に置かれると、二酸化炭素および空気中の窒素の自然な入手可能性は、利用可能な共用水もしくは潅漑用水および日光とともに、生物肥料が微生物の特異的共同体のための増殖条件の適合性に比例して土壌微生物のコロニー増殖を誘導することを誘発する。 After growing in PBR, soil microorganisms are captured, preferably mixed with diazotroph microorganisms, and mixed using a mixture and coating to create a product biofertilizer. Biological fertilizers can be fertilized on farmland or damaged land using standard farming practices such as pesticide application, mixing with irrigation water or fertilization using a spreader. Once placed on the soil surface, the natural availability of carbon dioxide and nitrogen in the air, along with available shared or irrigation water and sunlight, is the condition of growth for biofertilizers for specific communities of microorganisms. Induces the induction of colony growth of soil microorganisms in proportion to fitness.
局所的に適合した生物肥料中の微生物の共同体は、好ましくは処理された土壌のための最善および最高の所望の微生物学的転帰を表す、処理対象の領域内の土壌への非生物学的構成および環境因子において類似している所望の標的転帰土壌パッチから引き出される。このような方法で、微生物の共同体は、その領域内で処理すべき標的化土壌上で生残、成長および肥沃化するために最も好ましい微生物を含む特定地域タイプの生物肥料を製造するために特異的に選択することができる。これが実施されて生物肥料が十分な表面密度に散布されると、その後には地殻が自然増殖に明確に先行して加速された速度で再定着されるであろう。農地造成の活動では、十分な塗布密度は生物肥料粒子が1cm2(平方センチメートル)当たりおよそ0.1〜2個である。加速された肥沃化能力が必要とされる農業用途では、十分な適用密度は生物肥料粒子数が1cm2当たりおよそ1〜20個である。 The microbial community in the locally adapted biofertilizer preferably represents the non-biological composition to the soil in the area to be treated, which represents the best and best desired microbiological outcome for the treated soil And derived from desired target outcome soil patches that are similar in environmental factors. In this way, the microbial community is unique to produce a specific area type of biofertilizer that contains the most preferred microorganisms to survive, grow and fertilize on the targeted soil to be treated in that area. Can be selected. If this is done and the biofertilizer is sprayed to a sufficient surface density, then the crust will re-establish at an accelerated rate clearly preceding natural growth. In farmland development activities, sufficient application density is approximately 0.1 to 2 biofertilizer particles per cm 2 (square centimeter). In agricultural applications where accelerated fertilization capability is required, sufficient application density is the number of organisms fertilizer particles is approximately 1 to 20 per 1 cm 2.
微生物が土壌中および土壌上で成長および増殖するにつれて、大気からのCO2の取り込みは集団サイズ、衝突光、水の利用性、土壌のタイプおよび土壌の正味主要生産力をさらに増加させる可能性のある続発性維管束植物成長の発生に比例して増加する。大気から減少させられるCO2の量は、これらの因子に依存して広範囲に変動することになる。地殻が土地改良用途において成熟するまで成長させられると、1年当たり1m2(平方メートル)当たりおよそ100gのCO2を大気から減少させると推定される。 As microorganisms grow and proliferate in and on soil, uptake of CO2 from the atmosphere can further increase population size, impact light, water availability, soil type, and net primary productivity of soil It increases in proportion to the occurrence of secondary vascular plant growth. The amount of CO2 depleted from the atmosphere will vary widely depending on these factors. When the crust is grown to maturity in the land improvement applications it is estimated of CO2 per year 1 m 2 (square meter) per about 100g to decrease from the atmosphere.
接種用PBRの目的は、標的転帰土壌から生物を入手してPBRの液体培地中での集団複製の増殖を開始させることである。接種用PBRによって製造される集団は実質的に同一またはさもなければ十分な微生物共生メンバーを、および土壌中に大まかには実質的に自然に存在していた場合と同一またはさもなければ十分な平衡を有していなければならなかった。PBRオペレーターは、インプットおよびアウトプット集団ならびに増殖培地アッセイデータを使用して、例えば光線、pH、温度、CO2および栄養素レベルならびに培養器のアウトプットへの所望の増殖速度および集団平衡特性に影響を及ぼすための混合速度などの増殖インプットパラメーターを調整する。類似の方法で、増殖器および製造用PBRのオペレーターは、PBRのインプットとアウトプットとの間の集団および増殖培地アッセイ結果を見て、所望の結果を得られるように同一増殖条件を調整する。一部の場合には、所望の生成物集団比は標的転帰土壌において見いだされる比と異なる場合があるが、その差によって適用後により良好な結果をもたらすであろう。 The purpose of the inoculum PBR is to obtain organisms from the target outcome soil and initiate the growth of population replication in PBR liquid media. The population produced by the inoculated PBR has substantially the same or otherwise sufficient microbial symbiotic members, and the same or otherwise sufficient equilibrium as if it were present substantially naturally in the soil. Had to have. PBR operators use input and output populations and growth media assay data to influence, for example, light, pH, temperature, CO2 and nutrient levels and desired growth rates and population equilibrium characteristics to incubator outputs Adjust growth input parameters such as mixing speed. In a similar manner, the incubator and production PBR operators look at the population between the PBR input and output and the growth media assay results and adjust the same growth conditions to achieve the desired results. In some cases, the desired product population ratio may differ from the ratio found in the target outcome soil, but the difference will give better results after application.
PBRシステム内のpHおよび光合成の速度は、Point Four Systems社(Richmond、British Columbia Canada)から入手できるコントローラー、捕捉ソフトウエア、溶存酸素、pHおよび温度プローブを含むPT4モニターを使用して測定できる。下方および上方プローブアレイ間の溶存酸素の差は、光合成の尺度を提供する。同様に、下方および上方プローブアレイ間のpHの差は、CO2消費量の尺度である。照明下では、微生物は光合成してCO2を吸収して培地のpH上昇を引き起こすことになる。pHが選択された設定点、好ましくはpH7.5に上昇すると、コントローラーは100%のCO2をPBR内に導入するが、これは炭酸および関連複合体が形成される結果としてpH低下を誘発することになる。 The pH and rate of photosynthesis in the PBR system can be measured using a controller, capture software, dissolved oxygen, pH and temperature probes available from Point Four Systems (Richmond, British Columbia Canada). The difference in dissolved oxygen between the lower and upper probe arrays provides a measure of photosynthesis. Similarly, the difference in pH between the lower and upper probe arrays is a measure of CO2 consumption. Under illumination, the microorganisms will synthesize and absorb CO2, causing an increase in the pH of the medium. When the pH rises to a selected set point, preferably pH 7.5, the controller introduces 100% CO2 into the PBR, which induces a pH drop as a result of the formation of carbonic acid and related complexes. become.
PBRのアウトプットは、その中に様々な任意選択的混合物を適用できるろ過および乾燥ベルト内に供給されてよい。結果として生じる乾燥フレークおよびその任意選択的コーティングは、次に生物肥料になるために粒状化されてよい。最終生物肥料生成物は様々な農業用および土地改良用散布機によって土壌に分配および施肥することができる。有益にも、生物肥料ペレットは、それらが周囲の風によって吹き飛ばされないように回転式散布機もしくは飛行機によって散布することができる。生物肥料は、さらにまた潅漑用水と混合して作物上にスプレーすることもできる。 The output of the PBR may be fed into a filtration and drying belt into which various optional mixtures can be applied. The resulting dried flake and its optional coating may then be granulated to become a biofertilizer. The final biofertilizer product can be distributed and fertilized to the soil by various agricultural and land improvement spreaders. Beneficially, the biofertilizer pellets can be spread by a rotary spreader or airplane so that they are not blown away by the surrounding wind. Biofertilizer can also be mixed with irrigation water and sprayed onto crops.
任意選択的に含むことのできる様々な混合物は、複合混合物/バイオマスフレークが粒状化によってサイズが減少している場合でさえ、さらに望ましくは微生物共同体と同一の相対的比率で物理的に関連したままである。フレークが製造されるにつれて一様に層化して混合物をフレーク全体に均質に注入することによって、その後混合物/バイオマスのこれらの相対的比率は、粒状化および粒子コーティング工程中維持することができる。乾性混合物成分は、さらにバイオマスマットが固化し始めるにつれて加えられてよいが、これは統合型シアノバクテリアのフィラメント内に乾性混合物の一部を取り込むことによってそれらをバイオマスとともに機械的に統合するために役立つ。湿性混合物は、典型的には、しかし排他的ではなく、乾性保護剤ならびに乾燥するにつれて全ての成分を結合および接着するために機能する従属栄養共同体メンバーである栄養添加物の糖をベースとする組成物である。このために実際の粘液もしくは他の水溶性接着剤、または溶剤をベースとするがUV分解性の結合剤を使用することも、このために検討することができる。 The various mixtures that can optionally be included remain more physically related, preferably in the same relative proportions as the microbial community, even when the composite mixture / biomass flakes are reduced in size by granulation. It is. By stratifying uniformly as the flakes are produced and injecting the mixture homogeneously throughout the flakes, these relative ratios of the mixture / biomass can then be maintained during the granulation and particle coating process. The dry mix components may also be added as the biomass mat begins to solidify, but this serves to mechanically integrate them with the biomass by incorporating a portion of the dry mix within the filaments of the integrated cyanobacteria . A wet mixture is typically, but not exclusively, a dry protectant and a sugar-based composition of a nutritional additive that is a heterotrophic community member that functions to bind and adhere all ingredients as they dry. It is a thing. To this end, the use of actual mucus or other water-soluble adhesives or solvent-based but UV-degradable binders can also be considered for this purpose.
下記は、任意選択的混合物およびそれらの目的である:
1)酸化防止剤、例えばβカロテンは、乾燥工程中および貯蔵中の生物肥料を保護することができる。
2)乾性保護剤、例えばスクロースおよび他の糖類、または生物学的に誘導された乾性保護剤と呼ばれるトレハロースは、急速な乾燥および経時的な長期にわたる乾燥から細胞損傷を防止できる。
3)成長栄養素には、定着の初期段中に非光合成コホートに供給するための糖を含む、Flynnによって教示される全ての土壌微生物によって必要とされる微小栄養素が含まれる。
4)砂もしくは粘土充填材は、2つの目的に役立つ。1つは結果として生じる顆粒状粒子の重量密度を上昇させ、それによって飛行機および地上ベースの散布機からより空気力学的に散布可能および気流に耐性にさせることである。もう1つの目的は、微生物自体を分割することはない粒状化中に乾燥させられた微生物間の破壊線のための非損傷場所を提供することである。
5)散布パターントレーサーは蛍光添加物であってよい。また別のトレーシングタグは、生物肥料が繁殖するのと同一速度および同一空間特性で増殖する微生物の1つの内の遺伝性であるが非作動性の固有の遺伝子配列の使用であってよい。これにより、研究者もしくは炭素クレジット監査官は、生物肥料の最初の適用の数カ月後もしくは数年後に1区画の土壌を訪問し、どのくらいの土膜もしくは地表下バイオマスが特異的にタグ付けられた生物肥料の増殖および有益な作用に直接起因するのかを知ることができるであろう。
6)修復用草のような維管束植物種子もしくは実際の作物種子は、混合物の一部になってよい。この場合、生物肥料は施肥結果の所望の回復を達成して最大化するために埋め込まれた維管束植物種子と生物学的に一致して作用するように設計されるであろう。
7)粘着付与剤は、風食もしくは水食によるそれ以上の移動を防止するために最初に環境上で湿潤したら粒子を他の土粒子と迅速に結合するために混合物に加えられてよい。
8)他の微生物は、乾性混合物もしくは湿性混合物のいずれかに加えられてよい。これらの他の微生物は、良好な粘着付与剤であるようなそれらの補助特性のために選択されてよい、またはそれらが生物肥料の生物学的共同体の重要な一部であるために選択されてよい;それでも例えば増殖培地のタイプの不適合性もしくは捕食への感受性などの様々な理由のために、それらは生物肥料共同体メンバーの残りと同一PBR内で共成長することができなかった。
9)バイオマスの熱分解からのバイオ炭は、特に、全炭素含有量を強化するために、および様々な他の鉱物成分およびシアノバクテリア成分のための強力な吸着剤を提供するために加えられる。これは調製された生物肥料の全部の水分および栄養素の保持能力を変化させ、それを特殊な作物および地理的な位置のニーズに合わせて調整することを可能にする。
10)バイオマス熱分解からの無機灰および結果として生じる残留物の酸化は、全K送達能力を制御し、処理すべき土壌の全pHを調整するために調製された生物肥料に加えられてよい。ここで再び、レベルは特定の作物もしくは土壌処理プロトコールのニーズに合わせて調整できる。その他の無機元素は、燃焼もしくは熱分解処理、特に本発明の生物肥料製造工程と統合工程で作動させられる処理から加えられてよい。アルカリもしくはアルカリ土類金属を硫黄もしくは窒素含有対イオンとともに含有する材料は、特に有用である。硫酸カルシウムおよび硝酸塩、硝酸カリウムおよび他の窒素含有塩もまた有用である。
The following are optional mixtures and their purposes:
1) Antioxidants, such as β-carotene, can protect biological fertilizers during the drying process and during storage.
2) Trehalose, called dry protectants, such as sucrose and other sugars, or biologically derived dry protectants, can prevent cell damage from rapid drying and prolonged drying over time.
3) Growth nutrients include the micronutrients required by all soil microorganisms taught by Flynn, including sugar for feeding to the non-photosynthetic cohort during the early stages of establishment.
4) Sand or clay fillers serve two purposes. One is to increase the weight density of the resulting granular particles, thereby making them more aerodynamically dispersible and resistant to airflow from airplanes and ground based spreaders. Another object is to provide an undamaged site for break lines between microorganisms dried during granulation that do not split the microorganisms themselves.
5) The spray pattern tracer may be a fluorescent additive. Another tracing tag may be the use of a unique but non-operating unique gene sequence of one of the microorganisms that grows at the same rate and spatial characteristics as the biological fertilizer propagates. This allows researchers or carbon credit inspectors to visit a section of soil months or years after the first application of biofertilizer, and how much soil film or subsurface biomass is specifically tagged. You will know if it is directly attributable to the growth and beneficial effects of the fertilizer.
6) Vascular plant seeds such as restoration grass or actual crop seeds may be part of the mixture. In this case, the biofertilizer will be designed to work in biological agreement with the embedded vascular plant seed to achieve and maximize the desired recovery of the fertilization result.
7) A tackifier may be added to the mixture to quickly combine the particles with other soil particles once wetted in the environment to prevent further migration by wind or water erosion.
8) Other microorganisms may be added to either the dry or wet mixture. These other microorganisms may be selected for their auxiliary properties such as being good tackifiers, or selected because they are an important part of the biological community of biofertilizers Good; yet, for various reasons such as, for example, incompatibility of the type of growth medium or susceptibility to predation, they were unable to co-grow in the same PBR with the rest of the biofertilizer community members.
9) Biochar from biomass pyrolysis is added specifically to enhance the total carbon content and to provide a powerful adsorbent for various other mineral and cyanobacterial components. This changes the overall moisture and nutrient retention capacity of the prepared biofertilizer, allowing it to be tailored to the needs of a particular crop and geographical location.
10) Oxidation of inorganic ash and resulting residue from biomass pyrolysis may be added to biofertilizers prepared to control total K delivery capacity and adjust the total pH of the soil to be treated. Here again, the level can be adjusted to the needs of a particular crop or soil treatment protocol. Other inorganic elements may be added from combustion or pyrolysis processes, particularly those operated in the biofertilizer production process and integration process of the present invention. Materials containing an alkali or alkaline earth metal with a sulfur or nitrogen containing counter ion are particularly useful. Calcium sulfate and nitrates, potassium nitrate and other nitrogen containing salts are also useful.
生物製剤は、さらにまた粒子の外側にスプレーコーティングされてもよい。これに関連して「生物製剤」は、土壌が生物肥料微生物によってコロニー形成される受容力に影響を及ぼす全ての生細胞もしくは死細胞または生物活性物質を意味することができる。または、これらの物質は例えば昆虫、他の微生物、鳥類もしくは他の人間や動物などの他の生物による生物肥料の消費もしくは破壊を防止することが意図される場合がある。 The biologic may also be spray coated on the outside of the particles. In this context, “biologic” can mean any live or dead cell or bioactive substance that affects the ability of the soil to be colonized by biofertilizer microorganisms. Alternatively, these substances may be intended to prevent the consumption or destruction of biological fertilizers by other organisms such as insects, other microorganisms, birds or other humans and animals.
構造化バイオ炭を製造する好ましい方法は、下記に提供する代表的な結果をもたらすマイクロ波熱分解による。 A preferred method of producing structured biochar is by microwave pyrolysis which gives the representative results provided below.
マイクロ波熱分解経路に関する詳細な調査は、バイオ炭の個々の特性が総エネルギー入力、触媒(例えばK2CO3もしくはNa2CO3)充填およびシステムの作動条件を制御することにより変化させられることを証明している。 Detailed investigations on microwave pyrolysis pathways demonstrate that individual characteristics of biochar can be altered by controlling total energy input, catalyst (eg, K2CO3 or Na2CO3) charge and system operating conditions.
さらに、この現象は、以下に示すように他の熱分解温度を用いた場合にも観察される。 Furthermore, this phenomenon is also observed when other pyrolysis temperatures are used as shown below.
上記から明らかなように、加熱分解工程における作動条件を制御し、調製された生物肥料中のバイオ炭成分の総空隙率および吸収性を制御することによりバイオ炭成分の全有効表面積を特別に調整することが可能である。藻類核形成部位として使用されるバイオ炭についての平均孔径の好ましい範囲は、20〜400Å(オングストローム)までに及ぶ。無機物吸収培地として使用するためのバイオ炭は、好ましくは40〜200Åまでの範囲に及ぶ平均孔径を有する。生物肥料成分として保水培地として使用されるバイオ炭は、好ましくは20〜400Å、より好ましくは100〜400Åの平均孔径を有する。生物肥料組成物中に含まれるバイオ炭濃度は、最終調製物の10〜50%重量の範囲に及ぶ。 As is clear from the above, the total effective surface area of the biochar component is specifically adjusted by controlling the operating conditions in the pyrolysis process and controlling the total porosity and absorbability of the biochar component in the prepared biofertilizer Is possible. The preferred range of average pore sizes for biochar used as algal nucleation sites ranges from 20 to 400 angstroms. Biochar for use as an inorganic absorption medium preferably has an average pore size ranging from 40 to 200 kg. Biochar used as a water retention medium as a biological fertilizer component preferably has an average pore size of 20 to 400 mm, more preferably 100 to 400 mm. The biochar concentration contained in the biofertilizer composition ranges from 10-50% by weight of the final preparation.
同様に、特定レベルのK2CO3または他のアルカリもしくはアルカリ土類酸化物もしくは塩が熱分解の前にバイオマスに加えられる工程からのバイオ炭と結合される非触媒熱分解からの生バイオ炭の比率を制御することによって、全表面積、全カリウムKレベルおよび利用可能な全アルカリを変動させることが可能である。バイオ炭の特徴および例示的な調製方法は、Pavithra Sellaperumalが生物資源科学の理学修士の学位を得るための要件を部分的に充足する際にMcGill大学に2011年8月に提出した「Evaluation Of The Thermochemical Decomposition Of Various Lignocellulosic Biomasses For Biochar Production」と題する論文に記載されている。 Similarly, raw biochar from non-catalytic pyrolysis combined with biochar from a process in which specific levels of K 2 CO 3 or other alkali or alkaline earth oxides or salts are added to the biomass prior to pyrolysis By controlling the ratio, it is possible to vary the total surface area, the total potassium K level and the total alkali available. Biochar characteristics and exemplary methods of preparation are described in “Evaluation Of The” which was submitted to McGill University in August 2011 by Pavithra Sellaperumal in part fulfilling the requirements for obtaining a Master of Science in Bioresource Sciences. Thermochemical Decomposition of Various Lignocellulosic Biomass for Biochar Production ”.
本発明のシステムにおけるCO2フットプリントを最小限に抑え、CO2の実質的に全部を藻類に転換させるために、製造されたCO2は、好ましくは藻類バイオマス生成によるCO2消費を駆動するための光合成のための十分な光がない微小光もしくは暗闘の期間中は貯蔵される。本発明によって生活環ベースでCO2フットプリントをさらに最小限に抑えるため、藻類は次に、好ましくは上述したシステムにしたがって生物肥料として使用される。これらの工程を一緒に結合すると、人工光を使用せずにオープンポンドもしくはPBRを使用して藻類へのCO2転換を270倍という高さと等価の回収および再使用が可能になる。貯蔵されないと、再使用されるCO2の量は、係数2以上減少する。CO2の貯蔵技術には、CO2の液化、周知の従来型化学的方法によるCO2から硫化水素アンモニウムもしくは尿素への転換、物理的貯蔵などが含まれる。 In order to minimize the CO 2 footprint in the system of the present invention and convert substantially all of the CO 2 to algae, the produced CO 2 preferably drives the CO 2 consumption by algal biomass production. There is not enough light for photosynthesis, or it is stored during periods of microlight or dark battle. In order to further minimize the CO 2 footprint on a life cycle basis according to the present invention, algae are then preferably used as biofertilizer according to the system described above. Combining these steps together, allowing the height equivalent of 270 times the CO 2 conversion using the open pounds or PBR without using artificial light to algae recovery and reuse. If not stored, the amount of CO2 that is reused decreases by a factor of 2 or more. The storage technology of CO 2, the liquefaction of CO 2, conversion of CO 2 by known conventional chemical methods to ammonium hydrosulfide or urea, and the like physical storage.
本発明の新規な工程統合は、IBTL設備の1つの区間から別の区間への副生成物流の原料としてのより効果的な利用もまた可能にする。この優れた設計は、全体的効率を改良し、総投資額を15〜20%減少させるので、これで代替バイオマス液化経路に比較してバイオマス1トン当たりほぼ2倍の数値の生成を可能にすることによって重大な参入障壁を取り除く。 The novel process integration of the present invention also allows for more effective use as a feedstock by-product stream from one section of the IBTL facility to another. This superior design improves the overall efficiency and reduces the total investment by 15-20%, so this allows the generation of almost double numbers per ton of biomass compared to alternative biomass liquefaction pathways. To remove significant barriers to entry.
水素を一酸化炭素から分離するために利用できる数種の市販システムが存在する。圧力スイング吸着(PSA)方法は、圧力下では気体が固体表面に引き付けられる、または「吸着される」傾向があるという事実に依存している。圧力が高いほど、より多くの気体が吸着され;圧力が低下すると、気体は放出または脱着される。PSA方法は、様々な気体は様々な固体表面に多かれ少なかれ強力に引き付けられる傾向があるため、混合気中で気体を分離するために使用できる。H2、COおよびCO2の合成ガス混合物は、PSAによって分離して水素富化流を生成することができる。または、合成ガスは、最初に水性ガスシフト法にかけて、これをPSAによって、または当分野において公知の他の手段、例えば膜分離法(純粋水素流を分離するためにH2がCO2よりはるかに効果的に浸透する)によって分離できるH2およびCO2の二成分混合物を生成することができる。最後に、パラジウムおよびその他の関連金属合金の活性金属膜を使用すると、他の気体から水素を分離することができ、市販で利用できる選択肢が作り出されている。米国特許第5792239号明細書、同第6332913号明細書および同第6379645号明細書ならびに米国特許出願第2003/3190486号明細書および同第2009/0000408号明細書は、そのような分離技術の様々な方法を記載しており、全体として参照により本明細書に組み込まれる。 There are several commercial systems that can be used to separate hydrogen from carbon monoxide. The pressure swing adsorption (PSA) method relies on the fact that under pressure gas tends to be attracted or “adsorbed” to the solid surface. The higher the pressure, the more gas is adsorbed; as the pressure decreases, the gas is released or desorbed. The PSA method can be used to separate gases in a gas mixture because different gases tend to be more or less strongly attracted to different solid surfaces. H2, the synthesis gas mixture of CO and CO 2 may be separated by PSA to produce a hydrogen-rich stream. Or synthesis gas is first subjected to a water gas shift process, whereby the PSA, or other means known in the art, for example, membrane separation method (much more effective than H2 is CO 2 in order to separate the pure hydrogen stream it is possible to produce a two-component mixture of H2 and CO 2 that can be separated by osmotic be) to. Finally, the use of active metal membranes of palladium and other related metal alloys can separate hydrogen from other gases, creating a commercially available option. U.S. Pat. Nos. 5,792,239, 6,332,913 and 6,379,645 and U.S. Patent Application Nos. 2003/3190486 and 2009/0000408 are a variety of such separation techniques. Methods are described and are incorporated herein by reference in their entirety.
CO2の回収は、吸着、吸収(例えば圧力スイング吸着(PSA)および置換パージサイクル(DPC))、深冷分離、膜分離、それらの組み合わせなどを含むがそれらに限定されない様々な従来型回収方法を使用して実施することができる。合成ガスもしくは排ガスからCO2を回収するために1つ以上の回収工程が必要とされる場合があるが、改質装置もしくはC3+生成物改良装置からの副生成物は、容易に感知できる量のH2もしくはH2Oを含有しておらず、そこで重炭化水素(C6+)の凝縮を除いて回収工程を全く必要としない可能性がある。さらに、本発明の方法では回収されたCO2を使用することが望ましいが、回収されたCO2を統合された複合体中の代替起源から得られたCO2と置換することもまた可能である。 CO 2 capture includes various conventional recovery methods including but not limited to adsorption, absorption (eg, pressure swing adsorption (PSA) and displacement purge cycle (DPC)), cryogenic separation, membrane separation, combinations thereof, and the like. Can be used. One or more recovery steps may be required to recover CO 2 from synthesis gas or exhaust gas, but byproducts from reformers or C3 + product modifiers are easily detectable amounts of It does not contain H 2 or H 2 O, and there may be no need for any recovery step, except for the condensation of heavy hydrocarbons (C6 +). Further, in the method of the present invention it is desirable to use a CO 2 recovered, it is also possible to replace the CO 2 thus obtained was recovered CO 2 from an alternative origin of integrated in the complexes .
本発明の方法からの生成物流は、例えば、合成粗生成物流および他の個別生成物流、例えば液化石油ガス(C3−C4)、凝縮物(C5−C6)、オクタン価の高いブレンド成分(C6−C10芳香族含有流)、ジェット燃料、ディーゼル燃料、他の蒸溜燃料、別個の生成物として製造および販売できる潤滑油ブレンドストックもしくは潤滑油ブレンド原料を含むことができる。 Product streams from the process of the present invention can be, for example, synthetic crude product streams and other individual product streams such as liquefied petroleum gas (C3-C4), condensate (C5-C6), high octane blend components (C6-C10). Aromatic-containing streams), jet fuels, diesel fuels, other distillate fuels, lubricant blend stocks or lubricant blend feedstocks that can be manufactured and sold as separate products.
例示的な生物肥料製造手順
生物肥料の成分として多数の様々な細菌菌株を有益に使用できる。ジアゾトロフ生物であるリゾビウム属(Rhizobium)、アゾトバクター属(Azotobacter)およびアゾスピリリウム属(Azospirillum)を製造するための例示的方法は、使用されるブロス培地もしくは液体培地が好ましくは様々な生物について異なることを除いて、下記の工程を含んでいる。各生物のために使用される好ましい培地は:
i)リゾビウム属(Rhizobium):酵母エキス−マンニトール
ii)アゾトバクター属(Azotobacter):アッシュビー培地
iii)アゾスピリリウム属(Azospirillium):Okon et al.(1977)によって調製された培地
iv)リン酸塩可溶化細菌:Pikiyskaya培地、である。
Exemplary Biofertilizer Manufacturing Procedure A number of different bacterial strains can be beneficially used as components of biofertilizer. Exemplary methods for producing the diazotrophic organisms Rhizobium, Azotobacter and Azospirillum, except that the broth or liquid medium used is preferably different for different organisms. The following steps are included. The preferred media used for each organism is:
i) Rhizobium: yeast extract-mannitol ii) Azotobacter: Ashby medium iii) Azospirillium: Okon et al. (1977) Medium prepared by (iv) iv) Phosphate solubilized bacteria: Pikiyskaya medium.
1.母培養もしくはスターター培養の調製:
選択されたジアゾトロフ菌株のスターター培養は、温室およびフィールドレベルでの性能を解明した後に得られる。窒素固定性ジアゾトロフ生物の効率的菌株の純粋培養を傾斜地上の各寒天培地上で増殖させ、研究室内で維持する。各傾斜地からの接種菌でいっぱいのループは、適切な液体培地を含有する容量が各250mLの三角フラスコに移す。三角フラスコは生物の成長が早いか遅いかに依存して、3〜7日間にわたり回転式振とう機上で維持する。母培養もしくはスターター培養と呼ばれるフラスコの内容物は、通常は細胞105〜106個/mLの充填量に達する。この母培養をより大きなフラスコ内でさらに増殖させる。
1. Preparation of mother culture or starter culture:
Starter cultures of selected diazotroph strains are obtained after elucidating performance at the greenhouse and field levels. Pure cultures of efficient strains of nitrogen-fixing diazotroph organisms are grown on each agar medium above the slope and maintained in the laboratory. Loops filled with inoculum from each slope are transferred to Erlenmeyer flasks each containing 250 ml of the appropriate liquid medium. Erlenmeyer flasks are maintained on a rotary shaker for 3-7 days, depending on whether the organism is growing fast or slow. The contents of the flask, called mother culture or starter culture, usually reach a loading of 10 5 to 10 6 cells / mL. This mother culture is further grown in a larger flask.
2.ブロス培養の調製:
各生物に対して等量の適切な液体培地を大きな三角フラスコ(1,000mL)内で調製し、15lbsの圧力で1/2時間にわたりオートクレーブ内で滅菌する。滅菌後、各フラスコに1:5の比率で無菌的に母培養を接種する。フラスコは、1mL当たりの生菌数が細胞109個に達するまで96〜120時間にわたり回転式振とう機上で維持する。ブロスは、濃度が高くより粘性になる。このブロス培養は、周囲温度で24時間を超えて貯蔵してはならない、またはより長期期間にわたり貯蔵する場合は温度4℃で維持しなければならない。
2. Broth culture preparation:
An equal volume of appropriate liquid medium for each organism is prepared in a large Erlenmeyer flask (1,000 mL) and sterilized in an autoclave at a pressure of 15 lbs for 1/2 hour. After sterilization, each flask is aseptically inoculated with the mother culture at a ratio of 1: 5. Flask, the viable cell count per 1mL maintains a rotary shaker over 96 to 120 hours to reach 10 9 cells. Broth is more concentrated and more viscous. This broth culture must not be stored for more than 24 hours at ambient temperature, or it must be maintained at a temperature of 4 ° C if stored for longer periods of time.
3.担体の調製:
担体は、以下の特性を有していなければならない:
a)高有機物 − 60%超
b)難溶性塩 − 1%未満
c)高保水能力 − 150〜200重量%
d)細菌増殖のための栄養培地を提供し、培養中ならびに接種種子上での生存期間を延長する。
構造化バイオ炭は好ましい担体であり、生物肥料の調製では褐炭もしくは泥炭もまた担体として使用されてよい。担体は破砕して200〜300メッシュに粉末化する。泥炭もしくは褐炭粉末は、1%の炭酸カルシウム(CaCO3)を添加して中和し、オートクレーブ内で3〜4時間にわたり15lbsの圧力で滅菌する。
3. Carrier preparation:
The carrier must have the following properties:
a) High organic matter-over 60% b) Slightly soluble salt-less than 1% c) High water retention capacity-150-200%
d) Providing a nutrient medium for bacterial growth and extending survival during culture as well as on inoculated seeds.
Structured biochar is a preferred carrier and lignite or peat may also be used as a carrier in the preparation of biofertilizers. The carrier is crushed and powdered to 200-300 mesh. The peat or lignite powder is neutralized by adding 1% calcium carbonate (CaCO3) and sterilized at 15 lbs pressure in an autoclave for 3-4 hours.
4.接種菌の調製:
滅菌および中和された褐炭、泥炭もしくは他の担体材料は亜鉛メッキトレイ内で高密度ブロス培養と混合する。約1重量部のブロスが2重量部の乾燥担体に対して必要とされる。最終含水量は、担体の品質に依存して40〜50%で変動する。
4). Preparation of inoculum:
Sterilized and neutralized lignite, peat or other carrier material is mixed with a high density broth culture in a galvanized tray. About 1 part by weight broth is required for 2 parts by weight of dry carrier. The final water content varies between 40 and 50% depending on the quality of the carrier.
5.硬化もしくは成熟:
亜鉛メッキトレイ内のブロス培養および担体粉末を混合した後、トレイは硬化させるために室温(約28℃)で5〜10日間維持する。硬化させた後、トレイの内容物は、濃縮増殖ポケットを分散させて塊を崩壊させるためにふるいにかける。
5). Curing or maturation:
After mixing the broth culture and carrier powder in the galvanized tray, the tray is maintained at room temperature (about 28 ° C.) for 5-10 days to cure. After curing, the contents of the tray are screened to disperse the concentrated growth pockets and disrupt the mass.
6.充填およびパッキング:
硬化させた後、ふるいにかけた粉末を厚さ0.5mmのポリエチレンバッグ内に貯蔵し、細菌へ給気するためにスペースの約2/3を空いたままにし、バッグを密封する。
6). Filling and packing:
After curing, the screened powder is stored in a 0.5 mm thick polyethylene bag, leaving about 2/3 of the space open for air supply to the bacteria, and the bag is sealed.
7.貯蔵:
接種菌は、直火から離れた好ましくは15℃〜30℃±2℃を超えない温度の冷所に最大6カ月間にわたり貯蔵しなければならない。微生物をより長期間生存させるためには、バッグは温度4℃で低温貯蔵しなければならない。
7). storage:
The inoculum must be stored away from open flames, preferably in a cool place at a temperature not exceeding 15 ° C.-30 ° C. ± 2 ° C. for up to 6 months. In order for the microorganisms to survive longer, the bags must be stored cold at a temperature of 4 ° C.
微生物の培養
リゾビウム属(Rhizobium)、アゾスピリリウム属(Azospirillum)、アゾトバクター属(Azotobacter)およびホスホバクテリア属(Phosphobacteria)の大量生産のために好ましい培地は、下記のとおりである。
Culture of microorganisms Preferred media for mass production of Rhizobium, Azospirillum, Azotobacter and Phosphobacteria are as follows.
pHを6.8に調整した後および寒天を加える前に、水1Lに10mLのコンゴレッドストック液(水100mLに溶解させたコンゴレッド250mg)を加える。 After adjusting the pH to 6.8 and before adding agar, add 10 mL of Congo Red stock solution (250 mg of Congo Red dissolved in 100 mL of water) to 1 L of water.
ブロスをフラスコ内で調製し、母培養からの接種菌をフラスコに移す。培養は液内培養として30±2℃で浸透条件下で増殖させる。培養は、1010〜1011cfu/mLの最大細胞集団が製造されるまでインキュベートする。最適条件下では、この集団レベルはリゾビウム属(Rhizobium)に対しては4〜5日間以内;アゾスピリリウム属(Azospirillum)に対しては5〜7日間;ホスホバクテリア属(Phosphobacteria)に対しては2〜3日間およびアゾトバクター属(Azotobacter)に対しては6〜7日間以内に達成できよう。フラスコ内で得られた培養は、スターター培養と呼ばれる。接種菌の大規模製造のためには、スターター培養からの接種菌を大型フラスコ/種子タンク型発酵槽に移し、必要なレベルの細胞数に達するまで増殖させる。 Broth is prepared in the flask and the inoculum from the mother culture is transferred to the flask. The culture is grown as a submerged culture at 30 ± 2 ° C. under osmotic conditions. The culture is incubated until a maximum cell population of 10 10 to 10 11 cfu / mL is produced. Under optimal conditions, this population level is within 4-5 days for Rhizobium; 5-7 days for Azospirillum; 2 to 2 for Phosphobacteria. It may be achieved within 3-7 days and for 6-7 days for Azotobacter. The culture obtained in the flask is called starter culture. For large-scale production of the inoculum, the inoculum from the starter culture is transferred to a large flask / seed tank type fermentor and grown until the required number of cells is reached.
バッチ培養での細菌増殖は、4種の異なる期:誘導期(A)、対数期もしくは指数増殖期(B)、静止期(C)および死滅期(D)を用いてモデリングできる。
1.対数期中、細菌は増殖条件に適合する。対数期は、個々の細菌が成熟しているが未だ分割できない期間である。細菌増殖サイクルの対数期中、RNA、酵素およびその他の分子の合成が発生する。
2.対数期(時々は対数増殖期もしくは指数増殖期と呼ばれる)は、細胞倍加を特徴とする期間である。単位時間当たり出現する新規細菌の数は、現行集団に比例する。制御された条件下でシアノバクテリアは、1日4回それらの集団を倍加することができる。しかし、培地はまもなく栄養素が枯渇して廃棄物が富裕になるので、指数増殖は無期限に継続できない。
3.静止期は、増殖限定因子、例えば必須栄養素の枯渇および/または例えば有機酸などの阻害生成物の形成などに起因することが多い。静止期は、増殖速度および死滅速度が同等である状態から生じる。
4.死滅期(衰退期)では、細菌は栄養分を消費し尽くして死滅する。
Bacterial growth in batch culture can be modeled using four different phases: induction phase (A), logarithmic or exponential growth phase (B), stationary phase (C) and death phase (D).
1. During the log phase, the bacteria are compatible with the growth conditions. The logarithmic period is a period in which individual bacteria are mature but cannot yet be divided. During the logarithmic phase of the bacterial growth cycle, synthesis of RNA, enzymes and other molecules occurs.
2. The log phase (sometimes called the logarithmic or exponential growth phase) is a period characterized by cell doubling. The number of new bacteria that appear per unit time is proportional to the current population. Under controlled conditions, cyanobacteria can double their population four times a day. However, exponential growth cannot continue indefinitely because the media will soon be depleted of nutrients and become rich in waste.
3. The stationary phase is often due to growth limiting factors such as depletion of essential nutrients and / or the formation of inhibitory products such as organic acids. The stationary phase results from conditions where the growth rate and death rate are comparable.
4). In the death phase (decay phase), the bacteria consume their nutrients and die.
接種菌の調製
以下は、藻類もしくはジアゾトロフ生物接種菌を調製するための例示的手順である。
・ 適切な培地を含有する500mL、3Lおよび5Lのフラスコに対応するスターター培養もしくは母培養を接種する(対数期に)。
・ 大量の上記培地を発酵装置内で調製し、滅菌して冷却する。
・ 発酵装置内の培地には5Lフラスコ内で増殖させた対数期培養を接種する。通常は1〜2%の接種菌で十分であるが、接種は、より大きなフラスコ内での培養の増殖に依存して5%までで実施する。
・ 細胞は発酵装置内で給気を提供して(滅菌空気を圧縮装置ならびにガラス綿、脱脂綿、酸などの滅菌剤に通過させて)継続的に撹拌しながら増殖する。
・ ブロスは、もしあれば増殖期に接種された生物および汚染の集団についてチェックする。
・ 細胞は、インキュベーション期間後に細胞109個/mLの集団充填量で収穫する。
・ 10−6の希釈レベルで真菌もしくは他の細菌汚染が全く存在してはならない。
・ 発酵後に24時間を超える長期間にわたりブロスを貯蔵するのは賢明ではない。生菌数は、4℃でさえ減少し始める。
The following is an exemplary procedure for preparing an algae or diazotroph bioinoculum.
Inoculate (in logarithmic phase) 500 mL, 3 L and 5 L flasks containing the appropriate medium with the corresponding starter culture or mother culture.
• Prepare a large amount of the above medium in the fermentation apparatus, sterilize and cool.
Inoculate the medium in the fermenter with log phase culture grown in 5 L flasks. Usually 1-2% inoculum is sufficient, but inoculation is carried out at up to 5% depending on the growth of the culture in larger flasks.
• Cells grow with continuous agitation by providing air supply in the fermenter (passing sterile air through a compression device and a sterilant such as glass cotton, cotton wool, acid).
• Bros checks for inoculated organisms and contaminated populations, if any, during the growth phase.
• Cells are harvested at a population load of 10 9 cells / mL after the incubation period.
• There should be no fungal or other bacterial contamination at a dilution level of 10-6 .
• It is not wise to store broth for longer than 24 hours after fermentation. Viable counts begin to decrease even at 4 ° C.
担体材料の加工処理
適切な担体材料の使用は、優れた品質の生物肥料の製造に寄与する。泥炭土壌、褐炭およびバイオ炭は、好ましい担体材料である。バーミキュライト、木炭、圧搾泥、堆肥および土壌混合物もまた担体として使用できる。中和された泥炭土壌および褐炭は、相当に低いコスト、有機物質含有量が高い、非毒性、加工し易いおよび50%を超える保水能力を有するという利点を有している。
・ 担体材料は、212μのISふるいを通過できるように粉末にする。
・ 泥炭土壌および褐炭担体材料のpHは、酸性(4〜5のpH)である炭酸カルシウムを用いて中和する(1:10の比率)。
・ 中和した担体材料はオートクレーブ内で汚染物質を除去するために滅菌する。
Processing of the carrier material The use of a suitable carrier material contributes to the production of excellent quality biofertilizer. Peat soil, lignite and biochar are preferred carrier materials. Vermiculite, charcoal, pressed mud, compost and soil mixtures can also be used as carriers. Neutralized peat soil and lignite have the advantages of considerably lower cost, high organic content, non-toxicity, easy to process and water retention capacity of more than 50%.
The carrier material is powdered so that it can pass through a 212μ IS sieve.
-The pH of the peat soil and lignite carrier material is neutralized with a calcium carbonate that is acidic (pH of 4-5) (ratio of 1:10).
• Sterilize the neutralized carrier material to remove contaminants in the autoclave.
接種菌パケットの調製
・ 中和されて滅菌された担体材料は、清潔で乾燥した無菌金属製もしくはプラスチック製トレイ内に広げる。
・ 発酵装置から取り出した細菌培養を滅菌した担体に加え、しっかりと混合する。培養懸濁液を集団に依存して40〜50%の保水能力のレベルまで加える。この濃度は、大量の水分の半分を再び保持することができ、依然として自由流動性である初期湿潤点に対応する。
・ 接種菌は、密閉されて室温で2〜3日間かけて硬化させられる200gの量でポリエチレンバッグ内に包装される。
・ ボリエチレンバッグは低密度グレードでなければならず、約50〜75μの厚さを有していなければならない。
Preparation of the inoculum packet • Spread the neutralized and sterilized carrier material in a clean, dry sterile metal or plastic tray.
• Add the bacterial culture removed from the fermenter to a sterile carrier and mix thoroughly. The culture suspension is added to a level of water retention capacity of 40-50% depending on the population. This concentration corresponds to an initial wetting point that can re-hold half of the bulk water and still be free-flowing.
The inoculum is packaged in a polyethylene bag in an amount of 200 g that is sealed and allowed to cure for 2-3 days at room temperature.
Polyethylene bags must be low density grade and have a thickness of about 50-75μ.
菌根ジアゾトロフ生物肥料の大量生産および使用
下記は、菌根(AM)菌を製造するための例示的方法である:
・ 溝(1m×1m×0.3m)を形成し、植物成長用タブとして使用する黒色ポリエチレンシートでライニングする。
・ 50kgのバーミキュライトおよび5kgの滅菌土壌を混合し、溝内に20cmの高さまで充填する。
・ 1kgのAM接種菌(母培養)をバーミキュライトの表面の2〜5cm下方に塗布する。
・ 2分間かけて5%の次亜塩素酸ナトリウムで表面を殺菌したトウモロコシ種子を撒く。
・ 種子を撒く時点に各溝に対して2gの尿素、2gの過リン酸石灰および1gの塩化カリウムを塗布する。さらに各溝に対して種を撒いて30日後および45日後に10gの尿素を2回塗布する。
・ 根サンプル中のAMコロニー形成に関する品質試験は第30日および第45日に実施する。
・ ストック植物を60日間(8週間)生長させる。接種菌は、ストック植物の根を全部切断することにより入手する。製造された接種菌は、バーミキュライト、胞子、菌糸片および感染した根片の混合物からなる。
・ 60日間以内に55kgのAM接種菌を1m2の面積から生成することができた。この接種菌は、11,000本の苗を有する550m2の苗床領域を処理するために十分である。
Mass production and use of mycorrhizal diazotroph biofertilizers The following is an exemplary method for producing mycorrhizal (AM) fungi:
-Grooves (1 m x 1 m x 0.3 m) are formed and lined with a black polyethylene sheet used as a plant growth tab.
Mix 50 kg vermiculite and 5 kg sterilized soil and fill in the ditch to a height of 20 cm.
Apply 1 kg of AM inoculum (mother culture) 2-5 cm below the surface of vermiculite.
-Sowing corn seeds whose surface has been sterilized with 5% sodium hypochlorite over 2 minutes.
Apply 2 g urea, 2 g lime perphosphate and 1 g potassium chloride to each groove at the time of seeding. Further, seeding each groove, 10 g of urea is applied twice after 30 days and 45 days.
• The quality test for AM colony formation in the root sample is performed on days 30 and 45.
-Growing stock plants for 60 days (8 weeks). The inoculum is obtained by cutting all the roots of the stock plant. The inoculum produced consists of a mixture of vermiculite, spores, mycelium pieces and infected root pieces.
• Within 60 days, 55 kg of AM inoculum could be generated from an area of 1 m 2 . This inoculum is sufficient to treat a 550 m 2 nursery area with 11,000 seedlings.
育苗適用のためには、1m2当たり100gのバルク状バーミキュライト支持AM(VAM)接種菌を使用すれば十分である。接種菌は、播種の時点に土壌表面から2〜3cm下方に適用しなければならない。種子/挿木は、感染を誘発するためにVAM接種菌の上方に播種/植付けしなければならない。 For the nursery applications, it is sufficient to use a bulk vermiculite support AM (VAM) inoculum of 1 m 2 per 100 g. The inoculum must be applied 2-3 cm below the soil surface at the time of sowing. Seeds / cuts must be seeded / planted above the VAM inoculum to induce infection.
ポリエチレン隆起作物のため:各パケットに対して5〜10gのバルク状VAM接種菌で十分である。10kgの接種菌を1,000kgの砂注封混合物と混合し、播種の前にポリエチレンバッグ内に注封混合物をパッキングする。 For polyethylene raised crops: 5-10 g bulk VAM inoculum is sufficient for each packet. 10 kg inoculum is mixed with 1,000 kg sand potting mixture and the potting mixture is packed in a polyethylene bag before sowing.
移植のため:苗木1本当たり20gのVAM接種菌が必要とされる。接種菌を植付けの時点に塗布する。■ For transplantation: 20 g VAM inoculum per seedling is required. Apply the inoculum at the time of planting. ■
現在ある樹木のため:樹木1本に接種するためには200gのVAM接種菌が必要である。接種菌は、生物肥料塗布の時点に根の表面地殻に塗布する。 For existing trees: 200 g of VAM inoculum is required to inoculate one tree. The inoculum is applied to the surface crust of the root at the time of biofertilizer application.
シアノバクテリアの大量生産および現場塗布
複合培養を含む藍藻類(BGA)の接種は、単一培養接種よりはるかに効果的であることが見いだされている。田んぼの条件下で藍藻類の複合培養の大規模生産のための技術が開発され、土壌をベースとするBGA接種菌は2年間を超えて生存できることが見いだされた。藻類接種が3〜4の連続作期にわたって使用された多くの場所では、接種された藻類は定着し、効果はその後の米作にわたって持続した。藍藻類接種菌は数種の方法、つまりタブ内、亜鉛メッキトレイ内、小窩内およびフィールド条件にある閉鎖型もしくは開放型PPR内で製造されてよい。しかし農業従事者が容易に採用できるフィールド条件下での大規模製造が好ましいことが多い。
Cyanobacterial mass production and field application Inoculation of cyanobacteria (BGA) including complex cultures has been found to be much more effective than single culture inoculation. A technology for large-scale production of cyanobacterial complex cultures under rice field conditions has been developed, and it has been found that soil-based BGA inoculum can survive for more than two years. In many places where algal inoculation was used over 3-4 consecutive cropping seasons, the inoculated algae settled and the effect persisted over subsequent rice crops. Cyanobacterial inoculum may be produced in several ways: in tubs, in galvanized trays, in pits and in closed or open PPR in field conditions. However, large-scale manufacturing under field conditions that can be readily employed by farmers is often preferred.
I.トレイ内での増殖
・ 小規模生産のためには大型金属製トレイ(6’×3’×6’’lbh)を使用できる。
・ 10kgの水田土壌を取り出し、粉末化された土壌をしっかりと乾燥させて広げる。
・ 水を3’’の高さまで充填する。
・ 接種菌としての250gの乾燥藻類フレーク(土壌をベースとする)を加える。
・ 150gの過リン酸石灰および30gの石灰を加え、土壌としっかりと混合する。
・ 昆虫を防除するために25gのカルボフランを振りかける。
・ トレイ内の水位を維持する。
・ 10〜15日間後に、BGAの花が水源上に浮遊し始める。
・ この段階で散水を停止して排水する。土壌を完全に乾燥させる。
・ 乾燥土壌をベースとする接種菌をフレークとして収集する。
・ 乾燥した場所に貯蔵する。この方法によって5〜7kgの土壌をベースとする接種菌を入手できる。
I. Growth in trays • Large metal trays (6'x3'x6''lbh) can be used for small scale production.
-Take out 10kg of paddy soil and dry the powdered soil firmly and spread.
Fill with water to a height of 3 ''.
Add 250 g dry algal flakes (soil based) as inoculum.
Add 150 g of superphosphate and 30 g of lime and mix well with the soil.
Sprinkle 25g of carbofuran to control insects.
・ Maintain the water level in the tray.
• After 10-15 days, BGA flowers begin to float on the water source.
・ Stop watering at this stage and drain. Allow the soil to dry completely.
• Collect inoculum based on dry soil as flakes.
・ Store in a dry place. By this method, 5-7 kg of inoculum based on soil can be obtained.
II.フィールド条件下での増殖
材料
・ 田んぼ
・ 過リン酸石灰
・ カルボフラン
・ 複合BGAスターター培養
手順
日光に直接的に露光される水源近くの40m2(20m×2m)の地域を選択する。この小区画を全部囲む高さ15cmまでの支持塀を作成し、透水を原因とする水の損失を防止するためにこの塀をプラスチックもしくは高密度の砂の非透過層でコーティングする。
・ 小区画をしっかりと準備し、一様に平滑化して水の深さを5〜7.5cmにさせ、12時間沈着させた。
・ 2kgの過リン酸石灰および200gの石灰を小区画に面積全体に一様に塗布する。
・ 5kg当たり8〜10種を含有するBGAの土壌をベースとする複合スターター培養をしっかりと粉末化して散布する。
・ BGA内で発生する土壌昆虫を防除するためにカルボフランもまた200gで塗布する。
・ 水は、水位の高さが常に5cmで維持されるように定期的間隔で注入する。
・ 接種の15日後、小区画を日光下で完全に乾燥させ、藻類フレークを収集して貯蔵する。または、BGA細胞を水から単離するためには、気泡分離もしくは他の分離手段が使用されてよい。
・ 浮遊性藻類フラスコは緑色もしくは青緑色である。各収穫物から、小区画から30〜40kgの乾燥藻類フレークが得られる。
II. Growth material under field conditions • Rice field • Superphosphate • Carbofuran • Composite BGA starter culture procedure Select a 40m2 (20m x 2m) area near the water source that is directly exposed to sunlight. A support ridge up to 15 cm in height that surrounds the entire compartment is made and coated with a non-permeable layer of plastic or dense sand to prevent water loss due to water permeability.
A small compartment was prepared firmly and evenly smoothed to a water depth of 5 to 7.5 cm and deposited for 12 hours.
Apply 2 kg of superphosphate lime and 200 g of lime evenly over the whole area in a small compartment.
-Powdered firmly with a composite starter culture based on BGA soil containing 8-10 species per 5 kg.
Carbofuran is also applied at 200 g to control soil insects that develop in BGA.
Water is injected at regular intervals so that the water level is always maintained at 5 cm.
• 15 days after inoculation, the parcels are completely dried under sunlight and the algal flakes are collected and stored. Alternatively, bubble separation or other separation means may be used to isolate BGA cells from water.
• The floating algal flask is green or turquoise. From each harvest, 30-40 kg of dry algal flakes are obtained from a small section.
III.田んぼ内でのBGAの接種方法
藍藻類は、以下に記載する方法にしたがって田への土壌をベースとする接種菌として塗布されてよい。
・ 土壌をベースとする藻類フレークを粉末化する。
・ それを10kgの土壌もしくは砂(10kgの土壌/砂を含む10kgの粉末状藻類フレーク)と混合する。
・ BGAは、田植えの7〜10日後に接種しなければならない。
・ BGA接種時点およびその後1カ月間は最高BGAが得られるように3〜4’’の水位を維持しなければならない。
・ BGA接種の1週間後、藻類の成長を見ることができ、藻類マットは2〜3週間後に水上に浮遊するであろう。藻類マットの色は緑色または緑褐色もしくは黄緑色であろう。個々の微生物は田んぼに別個に適用されてもよいが、通常はこれらの微生物の多成分混合物をシアノバクテリア、ジアゾトロフ生物および構造化バイオ炭の物理的混合物を用いて1回の適用で適用するのが好ましい。この方法で、本発明者らは、個別性分の連続適用の必要を排除する。
III. BGA Inoculation Method in Rice Fields Cyanobacteria may be applied as soil-based inoculum for rice fields according to the method described below.
• Powdering algal flakes based on soil.
Mix it with 10 kg of soil or sand (10 kg of powdered algal flakes containing 10 kg of soil / sand).
• BGA must be inoculated 7-10 days after rice planting.
• 3-4 ″ water level must be maintained at the time of BGA inoculation and for one month thereafter to obtain the highest BGA.
-Algae growth can be seen one week after BGA inoculation and the algal mat will float on the water after 2-3 weeks. The color of the algal mat will be green or green brown or yellowish green. Individual microorganisms may be applied separately to rice fields, but usually a multi-component mixture of these microorganisms is applied in a single application using a physical mixture of cyanobacteria, diazotrophs and structured biochar. Is preferred. In this way, we eliminate the need for continuous application of individuality.
アカウキクサ属(Azolla)ジアゾトロフ生物の大量生産および現場塗布
アカウキクサ属(Azolla)は、水中で浮遊して窒素固定藍藻類のアナベナ属の一種であるアナベナ・アゾラエ(Anabaena azollae)と結び付いて大気窒素を固定する浮遊性水性シダである。アカウキクサ属(Azolla)の葉状体は、浮遊性根茎および小さな重なり合う二裂葉および根を備える胞子体からなる。アカウキクサ属(Azolla)は、水稲のための生物肥料として使用され、1米作当たり40〜60kgのNha−1に貢献することが公知である。本発明によると、アカウキクサ属(Azolla)は、実質的にアカウキクサ属(Azolla)単独に比して改良された特性を有する生物肥料として構造化バイオ炭および藍藻類と組み合わせて1回の適用で、または連続的に適用される。
Large-scale production and field application of Azolla diazotroph organisms Azolla (Azola) floats in water and binds to the nitrogen-fixing cyanobacteria Anabena azolae (Anabaena azolae) to fix atmospheric nitrogen It is a floating aqueous fern. The leaflet of the genus Azolla consists of spores with floating rhizomes and small overlapping bilobes and roots. The genus Azola is used as a biological fertilizer for paddy rice and is known to contribute 40-60 kg of Nha-1 per rice crop. According to the present invention, Azola is a single application in combination with structured biochar and cyanobacteria as a biofertilizer with substantially improved properties compared to Azola alone, Or applied continuously.
I.フィールド条件下でのアカウキクサ属(Azolla)の大量増殖
農業従事者が容易に採用できるように、フィールドでアカウキクサ属(Azolla)を大規模増殖するための単純なアカウキクサ属(Azolla)育苗法が開発されている。
材料
・ 面積が1セント(40m2)の小区画
・ 牛糞
・ 過リン酸石灰
・ フラダン
・ 新鮮アカウキクサ属(Azolla)接種菌
手順
・ 水田を選択し、完全に準備して一様に水平にする。
・ 水田に適切な堤防と用水路を備えることによって1セントの小区画(20×2m)をマーキングする。
・ 水位を10cmの高さに維持する。
・ 10kgの牛糞を水20L中に混合し、フィールド内に散布する。
・ 規定用量として100gの過リン酸石灰を適用する。
・ 各ポットに8kgで新鮮アカウキクサ属(Azolla)バイオマスを接種する。
・ アカウキクサ属(Azolla)の接種4日後および8日後に最上層生物肥料として過リン酸石灰を100gで適用する。
・ アカウキクサ属(Azolla)の接種7日後に100g/小区画でカルボフラン(フラダン)を適用する。
・ 2週間もしくは3週間の成長期間を通して水位を高さ10cmに維持する。
・ 小区画上に浮遊するアカウキクサ属(Azolla)マットを収穫し、排水してバイオマスを記録する。
I. Large-scale growth of Azolla under field conditions A simple Azolla breeding method has been developed for large-scale propagation of Azola in the field so that farmers can easily adopt it. ing.
Ingredients • Small section of 1 cent (40m 2 ) area • Cow dung • Superphosphate lime • Huladan • Fresh Azolla inoculum procedure • Select paddy field, prepare completely and level evenly.
• Mark a 1 cent parcel (20 x 2m) by providing appropriate dikes and irrigation channels in the paddy field.
-Maintain the water level at a height of 10 cm.
・ Mix 10kg of cow dung into 20L of water and spread it in the field.
• Apply 100 g lime superphosphate as the prescribed dose.
Inoculate each pot with 8 kg of fresh Azola biomass.
Apply lime superphosphate at 100 g as the top layer biofertilizer 4 and 8 days after inoculation with Azolla.
Apply carbofuran (Furadan) at 100 g / slot 7 days after inoculation with Azola.
• Maintain the water level at a height of 10 cm throughout the 2 or 3 week growth period.
• Harvest Azolla mat floating on a small plot, drain and record biomass.
II.アカウキクサ属(Azolla)を米作に接種する方法
アカウキクサ属(Azolla)生物肥料は、水田の稲に様々な方法で適用されてよい。第1の方法では、新鮮アカウキクサ属(Azolla)バイオマスが水田に接種され、その後に移植して緑肥として組み込まれる。この方法は極めて大量の新鮮アカウキクサ属(Azolla)を必要とする。他の方法では、アカウキクサ属(Azolla)は田植え後に接種されてよく、米との二重培養として生育させて引き続いて組み込まれてよい。
A.米作のための緑肥としてのアカウキクサ属(Azolla)バイオマスの組み込み
・ 新鮮アカウキクサ属(Azolla)バイオマスをアカウキクサ属(Azolla)育苗小区画から収集する。
・ 湿地帯をしっかりと準備し、容易な組み込みに丁度十分となるように水を維持する。
・ 新鮮アカウキクサ属(Azolla)バイオマス(15tha−1)を主要田畑に適用し、農機具もしくはトラクターを使用してアカウキクサ属(Azolla)を組み込む。
B.米用の二重作物としてのアカウキクサ属(Azolla)の接種
・ 田植えされた田んぼを選択する。
・ 新鮮アカウキクサ属(Azolla)の接種菌をアカウキクサ属(Azolla)の苗床から収集する。
・ 田植え7日後に田植えした田んぼに新鮮アカウキクサ属(Azolla)を散布する(500kg/ha)。
・ 水位を5〜7.5cmで維持する。
・ 田植え4週間後にアカウキクサ属(Azolla)マットの増殖を観察し、農機具もしくはトラクターを使用して、または耕作間作業中にアカウキクサ属(Azolla)バイオマスを組み込む。
・ アカウキクサ属(Azolla)の二次開花は田植え8週間後に生じるが、これは再び組み込まれてよい。
・ 2回の組み込みによって、20〜25トンのアカウキクサ属(Azolla)を1ヘクタールの田んぼに組み込むことができる。アカウキクサ属(Azolla)はさらにまた、他のジアゾトロフ生物について上述した方法と類似の方法で最初に乾燥させて粉末化して加工されてもよい。あらゆる場合に、アカウキクサ属(Azolla)は、生物肥料中で構造化バイオ炭および藍藻類と結合される。
II. Methods for Inoculating Rice Crops with Azolla Azolla biofertilizers may be applied to paddy rice in a variety of ways. In the first method, fresh Azola biomass is inoculated into paddy fields and then transplanted and incorporated as green manure. This method requires a very large amount of fresh Azola. In other methods, Azola can be inoculated after rice planting, grown as a double culture with rice, and subsequently incorporated.
A. Incorporation of Azola biomass as a green manure for rice crops • Fresh Azola biomass is collected from the Azolla seedling subdivision.
• Prepare wetlands well and maintain water just enough for easy integration.
Apply fresh Azola biomass (15tha-1) to the main field and incorporate Azola using farm equipment or a tractor.
B. Inoculation of Azolla as a double crop for rice • Select rice fields planted.
-Collect fresh Azolla inoculum from Azolla nurseries.
・ Sprinkle fresh Azolla (500 kg / ha) on rice fields planted 7 days after rice planting.
-Maintain the water level at 5-7.5 cm.
• Observe growth of Azola mats 4 weeks after rice planting and incorporate Azola biomass using farm equipment or tractor or during intercultivation work.
• Secondary flowering of the genus Azolla occurs 8 weeks after rice planting, but this may be incorporated again.
• 20-25 tonnes of Azolla can be incorporated into 1 hectare rice field by two integrations. Azola may also be processed by first drying and pulverizing in a manner similar to that described above for other diazotrophs. In all cases, Azolla is combined with structured biochar and cyanobacteria in biofertilizers.
生物肥料の適用
本発明の生物肥料は、種子処理もしくは種子接種として、苗根浸漬法として、または主要田畑適用のいずれかで適用されてよい。種子処理のためには、スラリーを作成するために1パケットの接種菌を200mLのライスカンジ(rice kanji)と混合する。種子全体に接種菌の一様なコーティングを有するように1エーカーのために必要とされる種子をスラリー中に混合し、次に30分間陰干しする。陰干しした種子は24時間以内に播種しなければならない。10kgの種子を処理するには1パケットの接種菌(200g)で十分である。
Application of biological fertilizer The biological fertilizer of the present invention may be applied either as seed treatment or seed inoculation, as a seedling dipping method, or as a main field application. For seed treatment, 1 packet of inoculum is mixed with 200 mL rice kanji to make a slurry. The seed required for one acre so that it has a uniform coating of inoculum throughout the seed is mixed into the slurry and then shaded for 30 minutes. Shaded seeds must be sown within 24 hours. One packet of inoculum (200 g) is sufficient to treat 10 kg of seed.
移植される作物のためには苗根浸漬法を使用する。2パケットの接種菌を水40Lと混合する。1エーカーのために必要とされる苗の根分を5〜10分間混合液中に浸漬し、次に移植する。 The seedling dipping method is used for transplanted crops. Two packets of inoculum are mixed with 40 L of water. The seedling roots required for one acre are immersed in the mixture for 5-10 minutes and then transplanted.
主要田畑適用のためには、4パケットの接種菌を乾燥させて粉末状にした農場堆肥20kgと混合し、次に移植直前に1エーカーの主要田畑内に散布する。 For main field applications, 4 packets of inoculum are mixed with 20 kg of dried and powdered farm compost and then sprayed into 1 acre main field just before transplanting.
リゾビウム属(Rhizobium)
全てのマメ科植物リゾビウム属(Rhizobium)を種子接種菌として適用する。
Rhizobium
All legumes Rhizobium are applied as seed inoculum.
アゾスピリリウム属(Azospirillum)/アゾトバクター属(Azotobacter)
移植される作物では、アゾスピリリウム属(Azospirillum)は種子、苗根浸漬法および土壌適用法を通して接種する。直接播種される作物に対しては、アゾスピリリウム属(Azospirillum)は種子処理および土壌適用を通して適用する。
Azospirillum / Azotobacter
In crops to be transplanted, Azospirillum is inoculated through seeds, seedling dipping methods and soil application methods. For crops that are sown directly, Azospirillum is applied through seed treatment and soil application.
ホスホバクテリア属(Phosphobacteria)
アゾスピリリウム属(Azospirillum)の場合と同様に、種子、苗根浸漬法および土壌適用法を通して接種した。細菌性生物肥料の併用適用。ホスホバクテリア属(Phosphobacteria)は、アゾスピリリウム属(Azospirillum)およびリゾビウム属(Rhizobium)と混合することができる。これらの接種菌は等量で混合して上述のように適用しなければならない。
Phosphobacteria (Phosphobacteria)
As in the case of Azospirillum, it was inoculated through seed, seedling dipping and soil application methods. Combined use of bacterial biofertilizer. Phosphobacteria can be mixed with Azospirillum and Rhizobium. These inoculums must be mixed in equal amounts and applied as described above.
ガイドライン
・ 細菌接種菌は、殺虫剤、殺菌剤、除草剤および化学肥料と混合されてはならない。
・ 細菌接種菌を用いた種子処理は、最後に種子が殺菌剤で処理される時点に実施しなければならない。
Guidelines • Bacterial inoculum should not be mixed with insecticides, fungicides, herbicides and chemical fertilizers.
• Seed treatment with bacterial inoculum must be performed at the last time the seed is treated with a fungicide.
ホスホバクテリア属(Phosphobacteria) ホスホバクテリア属(phosphobacteria)のためにはアゾスピリリウム属(Azospirillum)の推奨量が採用される;併用接種のためには、両方の生物肥料を勧告にしたがって使用前に一様に混合しなければならない。 Phosphobacteria The recommended amount of Azospirillum is adopted for Phosphobacteria; for combined inoculation, both biofertilizers should be uniformly applied before use Must be mixed.
Claims (15)
a.バイオマス原料を、炭化水素液体を製造するための条件および十分な時間にわたり前記原料を水素化処理することにより直接的に液化する工程;
b.液体燃料および/または化学原料を製造するために工程aにより製造された炭化水素液体および副生成物のアンモニアをアップグレードする工程;
c.工程aで製造されたバイオマス残留物のマイクロ波熱分解により、20〜400Åの範囲にある平均孔径を有する構造化バイオ炭および副生成物のCO2を製造する工程;
d.前記直接液化およびバイオ炭製造工程の一方または両方により製造された副生成物のCO2を使用することにより光バイオリアクター(PBR)内でシアノバクテリアを製造する工程;および
e.工程cおよびdにおいて製造されたバイオ炭およびシアノバクテリアを組み込んでいる生物肥料を製造する工程を含む方法。 A method for converting biomass into liquid fertilizer based on liquid fuel and cyanobacteria:
a. Directly liquefying the biomass feedstock by hydrotreating the feedstock over the conditions and sufficient time to produce a hydrocarbon liquid;
b. Upgrading the hydrocarbon liquid produced by step a and the by-product ammonia to produce liquid fuel and / or chemical feedstock;
c. Producing structured biochar and by-product CO 2 having an average pore size in the range of 20 to 400 kg by microwave pyrolysis of the biomass residue produced in step a;
d. Producing cyanobacteria in a photobioreactor (PBR) by using by-product CO 2 produced by one or both of the direct liquefaction and biochar production processes; and e. A method comprising producing a biofertilizer incorporating the biochar and cyanobacteria produced in steps c and d.
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